DE1488471C

DE1488471C - Process for converting thermal energy into electrical energy in a thermodynamic cycle with at least one MHD system

Info

Publication number: DE1488471C
Application number: DE19651488471
Authority: DE
Inventors: Rene Paris. H02k 49-04 Bidard
Original assignee: Compagnie Electro-Mecanique, Paris
Priority date: 1964-10-16
Filing date: 1965-10-06
Publication date: 1973-01-11

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie in einem Strömungskreislauf, der eine magnetohydrodynamische (MHD-)Vorrichtung enthält und von einem Arbeitsmittel durchströmt wird, das in mindestens einem Teil des Kreislaufs aus einer Mischung einer elektrisch leitenden Flüssigkeit mit einem andersartigen Gas besteht.The invention relates to a method for converting thermal energy into electrical energy in a flow circuit containing a magnetohydrodynamic (MHD) device and is flowed through by a working medium, which in at least a part of the circuit consists of a mixture an electrically conductive liquid with a different type of gas.

Die unmittelbare Erzeugung elektrischer Energie in einer Düse durch Entspannung eines ionisierten Gases innerhalb eines zur Düse senkrechten Magnetfeldes ist allgemein bekannt. Die nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtungen werden magnetohydrodynamische Generatoren (MHD-Generatoren) genannt.The direct generation of electrical energy in a nozzle by expanding an ionized one Gas within a magnetic field perpendicular to the nozzle is well known. The after this procedure working devices are magnetohydrodynamic generators (MHD generators) called.

Eine der Hauptschwierigkeiten bei diesem Verfahren besteht darin, daß das Gas — auch wenn ionisierende Zusätze verwendet werden— zunächst auf eine sehr hohe Temperatur gebracht werden muß, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zu erhalten. Die zur Zeit bekannten Materialien sind kaum dazu geeignet, derartige Temperaturen auszuhalten, weshalb die erreichbare elektrische Leitfähigkeit und folglich die erreichbare volumenmäßige Leistung bzw. Ausbeute begrenzt sind.One of the main difficulties with this process is that the gas - even if ionizing Additives to be used - must first be brought to a very high temperature in order to to maintain sufficient electrical conductivity. The currently known materials are hardly suitable to withstand such temperatures, which is why the achievable electrical conductivity and consequently the achievable volume performance or yield are limited.

Darüber hinaus muß auch die Temperatur am Ausgang einer solchen Vorrichtung noch sehr hoch sein, damit das Gas auch an dieser Stelle noch eine ausreichende Leitfähigkeit aufweist. Diese Temperatur liegt weit oberhalb der am Eingang üblicher thermischer Maschinen zulässigen Temperatur, welche Maschinen bei den derzeitigen Anlagen den MHD-Generatoren nachgeschaltet sind und den »Mitteltemperaturteil« des vollständigen thermischen Kreises bilden. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, daß zwischen dem MHD-Generator und den vorerwähnten thermischen Maschinen ein Temperaturabfall ohne Erzeugung von Nutzleistung vorgesehen werden muß, der von Wärmetauschern (ein Prozeß, der nahe der Reversibilität liegen würde) wegen der zu hohen, an ihrem Ein-In addition, the temperature at the outlet of such a device must also be very high, so that the gas still has sufficient conductivity at this point. This temperature is far above the temperature admissible at the entrance of conventional thermal machines, which machines In the current systems, the MHD generators are connected downstream and the »medium temperature part« of the complete thermal cycle. Hence the necessity that between the MHD generator and the aforementioned thermal machines a temperature drop without generation of useful power must be provided, that of heat exchangers (a process that is close to the reversibility would be) because of the too high

gang liegenden Temperatur kaum verlangt werden kann; bei den meisten Ausführungsformen begnügt man sich damit, diesen Temperaturabfall durch einen irreversiblen Prozeß zu bewerkstelligen, indem man einfach einen Dampfkessel eines üblichen klassischen Kreises bei sehr niedriger Temperatur mit Wärme beliefert; dies ist natürlich sehr nachteilig.lying temperature can hardly be demanded; sufficed in most embodiments one is concerned with bringing about this temperature drop through an irreversible process by simply supplying heat to a steam boiler of a usual classical circuit at a very low temperature; this is of course very disadvantageous.

Ein Verfahren zum Erzeugen elektrischer Spannungen und Ströme mittels Hindurchbewegens eines Leiters durch ein Magnetfeld, wobei als bewegter Leiter ein strömender leitender Stoff, z. B. eine strömende leitende Flüssigkeit oder ein strömendes leitendes Gas oder ein Gemisch solcher Stoffe verwendet wird, ist aus der deutschen Patentschrift 841 613 bekannt. Es muß sich bei diesem Verfahren jedoch um eine leitende Flüssigkeit oder ein leitendes Gas handeln. Die Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie in einem MHD-Generator mittels eines Zweikomponentensystems in Form eines Gasflüssigkeitsgemisches wird von Elliott im ARS Journal 1962, S. 924 ff. beschrieben. Hier wird ein Arbeitsmittelkreislauf verwendet, der in mindestens ■'_) einem Teil von einer Gasflüssigkeitsmischung durchströmt wird; das Gas wird jedoch nur dazu verwendet, die Flüssigkeit zu beschleunigen, und es wird vor dem MHD-Generator von der Flüssigkeit wieder abgetrennt, so daß der MHD-Generator nur von der Flüssigkeit durchströmt wird. Der MHD-Generator arbeitet also mit einer reinen Flüssigkeit als Arbeitsmittel. A method for generating electrical voltages and currents by moving a Conductor through a magnetic field, the moving conductor being a flowing conductive material, e.g. B. a flowing conductive liquid or a flowing conductive gas or a mixture of such substances is used is known from German Patent 841,613. It must be with this procedure, however be a conductive liquid or gas. The conversion of thermal energy into electrical energy in an MHD generator using a two-component system in the form of a gas-liquid mixture is described by Elliott in the ARS Journal 1962, pp. 924 ff. A working medium cycle is used here, which in at least ■ '_) flows through a part of a gas-liquid mixture will; however, the gas is only used to accelerate the liquid, and it is in front the MHD generator separated from the liquid again, so that the MHD generator only from the Liquid flows through. The MHD generator therefore works with a pure liquid as the working medium.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Energieumwandlung bei einer sehr viel niedrigeren Temperatur vorzunehmen als zur Ionisierung des Gases erforderlich ist.The object of the invention is to carry out the energy conversion at a much lower temperature than is necessary to ionize the gas.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß das Arbeitsmittel auf seinem ganzen Weg durch die MHD-Vorrichtung aus einer Dispersion feiner Gasbläschen in der Flüssigkeit besteht, wobei die Flüssigkeit und das Gas so gewählt sind, daß unter den in der MHD-Vorrichtung herrschenden Betriebstemperaturen und Drücken das Gas weder kondensiert noch sich nennenswert in der Flüssigkeit löst und der Dampfdruck der Flüssigkeit ) überall kleiner als der Druck des Gases ist.This object is achieved in the method mentioned at the outset in that the working means on all the way through the MHD device from a dispersion of fine gas bubbles in the liquid consists, wherein the liquid and the gas are chosen so that among those in the MHD device Operating temperatures and pressures prevailing, the gas neither condenses nor is noteworthy in the Liquid dissolves and the vapor pressure of the liquid) is everywhere less than the pressure of the gas.

Bei der Ausführung der Erfindung muß das Arbeitsmittelgemisch in Form einer Dispersion vorliegen, bei der feine Gasbläschen in der Flüssigkeit suspendiert sind, also als Schaum (s. R ö m ρ ρ, Chemie-Lexikon, Spalte 3349). Dagegen dürfen nicht Flüssigkeitstropfen in einem Gas suspendiert sein. Das Arbeitsmittelgemisch muß bei den zu erwartenden Temperaturen und Drücken physikalisch und chemisch beständig sein. Das Gas darf bei den vorliegenden Temperaturen und Drücken wenig löslich in der Flüssigkeit sein. Die Flüssigkeit muß ein guter elekirischer Leiter sein, und ihr Dampfdruck muß an allen Punkten unterhalb des Gasdruckes bei den gegebenen Temperaturen liegen, damit ein Kochen ausgeschlossen ist. In der Tat würde jedes Kochen der Flüssigkeit, oder umgekehrt jede Kondensation ihres Dampfes, den Umlauf des Arbeitsmittelgemischs stören und die Herstellung eines geeigneten Temperaturintervalls beim Umlauf schwierig machen. Die Flüssigkeit darf selbstverständlich nicht bei der niedrigeren Temperatur erstarren. Ein flüssiges Metall kann diesen Förderangen entsprechen. Schließlich können eventuell auch Zusätze verwendet werden, z. B. Benetzungsmittel, um die Stabilität der Dispersion zu erhöhen.When carrying out the invention, the working medium mixture must be in the form of a dispersion, in which fine gas bubbles are suspended in the liquid, i.e. as foam (see R ö m ρ ρ, chemistry lexicon, Column 3349). On the other hand, drops of liquid must not be suspended in a gas. The mixture of working materials must be physically and chemically stable at the temperatures and pressures to be expected. The gas is allowed with the present Temperatures and pressures be sparingly soluble in the liquid. The liquid must be good electrical Be conductors, and their vapor pressure must be at all points below the gas pressure at the given Temperatures are so that boiling is impossible. Indeed, any boiling of the liquid would or vice versa, any condensation of their vapor, disturbing the circulation of the working medium mixture and make it difficult to establish a suitable temperature interval in circulation. The liquid is allowed of course, do not solidify at the lower temperature. A liquid metal can support these conveyors correspond. Finally, additives can possibly also be used, e.g. B. wetting agents, to increase the stability of the dispersion.

Bei einem solchen Arbeitsmittelgemisch dient die Flüssigkeit hauptsächlich als Träger für den elektrischen Strom, aber sie nimmt in gleicher Weise an Änderungen der Enthalpie teil, da sie mit dem Gas in Berührung steht und dessen Temperaturänderungen mitmacht.With such a working medium mixture, the liquid mainly serves as a carrier for the electrical Electricity, but it participates in changes in enthalpy in the same way as it is in with the gas Touch is and takes part in its temperature changes.

Das Gas hat die Aufgabe, den Hauptträger für die abgegebene oder aufgenommene Arbeit zu bilden;' d. h., daß es die Flüssigkeit antreibt oder von dieser mitgenommen wird, je nach Zirkulationsrichtung der Energie.The task of the gas is to form the main carrier for the work given or taken up; ' d. that is, that it drives the liquid or is carried along by it, depending on the direction of circulation of the Energy.

Selbstverständlich kann das Gas ein wenig leitend und die Flüssigkeit ein wenig kompressibel sein, ohne daß hierdurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.Of course, the gas can be a little conductive and the liquid a little compressible without that this leaves the scope of the present invention.

Ein solches Arbeitsmittelgemisch verhält sich wie ein homogenes Arbeitsmittel, das physikalische Eigenschaften aufweist, die zwischen denen der erwähnten Bestandteile liegen.Such a work medium mixture behaves like a homogeneous work medium, the physical one Has properties that lie between those of the components mentioned.

Bei einer Entspannung erfolgt beispielsweise eine gewisse Verschiebung zwischen der Flüssigkeit und dem Gas, wobei die Gasbläschen in Bewegungsrichtung der Flüssigkeit vorauseilen. Wenn aber die Gasbläschen ausreichend klein und sehr gleichmäßig in der Flüssigkeit verteilt sind, ist diese Verschiebung derart gering, daß die sich daraus ergebenden Verluste in der gleichen Größenordnung liegen wie die von klassischen thermischen Maschinen, z. B. einer Turbine. Wenn man auf diese Weise ein solches Gemisch in einer MHD-Düse entspannt, wird die leitende Flüssigkeit gut vom Gas in das magnetische Feld mitgeführt und dabei zu einem guten Träger für einen elektrischen Strom.In the case of relaxation, for example, there is a certain shift between the liquid and the gas, with the gas bubbles running ahead of the liquid in the direction of movement. But if the gas bubbles are sufficiently small and very evenly distributed in the liquid, this shift is so small that the resulting losses are of the same order of magnitude as those of classic thermal machines, e.g. B. a turbine. When you get such a mixture in this way relaxed in an MHD nozzle, the conductive liquid is carried well by the gas into the magnetic field and at the same time a good carrier for an electric current.

Bei geeigneter Wahl der Flüssigkeit und des Gases kann das Arbeitsmittelgemisch in stabilem Zustand zwischen den sehr verschiedenen Temperaturen umlaufen, ohne daß die für eine Ionisation des Gases erforderlichen sehr hohen Temperaturen verlangt werden. With a suitable choice of the liquid and the gas, the working medium mixture can be in a stable state circulate between the very different temperatures without that required for an ionization of the gas very high temperatures are required.

Es bestehen zahlreiche Ausführurigsformen von MHD-Vorrichtungen für gasförmige Arbeitsmedien (entsprechend der Form des Magnetfeldes und der Elektroden sowie ihrer relativen Anordnung). Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit allen diesen Ausführungsformen durchgeführt werden, da ja nur die Zirkulation einer Dispersion statt der eines ionisierten Gases vorgesehen werden muß. Die Erfindung kann bei zahlreichen Anlagen, die nach verschiedenen Kreisprozessen arbeiten können, angewendet werden. Einige davon sind nachfolgend an Hand der Zeichnung beschrieben.There are numerous designs of MHD devices for gaseous working media (according to the shape of the magnetic field and the electrodes as well as their relative arrangement). The inventive The method can be carried out with all of these embodiments, there is only one the circulation of a dispersion rather than that of an ionized gas must be provided. The invention can be used in numerous systems that can work according to different cycle processes will. Some of these are described below with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt einen vollständigen thermodynamischen Kreis, der sowohl für die Entspannung bei hoher Temperatur als auch für die Kompression bei niedriger Temperatur des Kreises nur MHD-Vorrichtungen enthältFig. 1 shows a complete thermodynamic cycle, both for relaxation at high Temperature as well as for compression at low temperature of the circuit only MHD devices contains

F i g. 1 zeigt eine Wärmequelle 1, eine Vorrichtung 3 zur Durchführung der Entspannung, einen Wärmeaustauscher 6, eine Kältequelle 7 und eine Vorrichtung 5 zur Durchführung der Kompression. Ferner ist mit A der Kreislauf des das Arbeitsmittel bildenden Gemisches und mit D der Stromkreis zwischen den Vorrichtungen 3 und 5 bezeichnet. Die Vorrichtung 3 ist ein MHD-Generator, die Vorrichtung 5 ein MHD-Kompressor. Seine Arbeitsweise ist umgekehrt der des Generators 3 in dem Sinne, daß das Arbeitsmittel hier in einer geeigneten Düse durch. Einwirkung der elektromagnetischen Kräfte in Bewe-F i g. 1 shows a heat source 1, a device 3 for carrying out the relaxation, a heat exchanger 6, a cold source 7 and a device 5 for carrying out the compression. Furthermore, the circuit of the mixture forming the working medium is designated with A and the circuit between the devices 3 and 5 is designated with D. The device 3 is an MHD generator, the device 5 is an MHD compressor. Its mode of operation is the reverse of that of the generator 3 in the sense that the working fluid passes through a suitable nozzle. Effect of electromagnetic forces in motion

gung gesetzt wird und daß hier eine entsprechende elektrische Energie von außen aufgenommen wird.supply is set and that a corresponding electrical energy is absorbed from the outside here.

In Fig. 1 sind die beiden MHD-Vorrichtungen schematisch dargestellt und elektrisch in Reihe geschaltet. Wenn die an den Klemmen der Anlage anliegende Nutzspannung U-u ist, dann ist U die EMK des Generators 3 und u die entgegengerichtete EMK des Kompressors 5. Die beiden Vorrichtungen können aber auch parallel geschaltet werden. Der in die-In Fig. 1, the two MHD devices are shown schematically and electrically connected in series. If the useful voltage applied to the terminals of the system is Uu , then U is the EMF of the generator 3 and u is the opposing EMF of the compressor 5. The two devices can, however, also be connected in parallel. The in this-

wird das Gas wieder in die heiße Flüssigkeit hineingeblasen. the gas is blown back into the hot liquid.

quelle angeordnet werden, wie in dem Teilbild nach F i g. 3 gezeigt ist. Die Dispergierungsvorrichtung stellt dann eine Mischung aus einem Gas und einersource are arranged, as in the partial image according to FIG. 3 is shown. The dispersing device then represents a mixture of a gas and a

sion geht dann durch den Generator 3, wonach sich für die Flüssigkeit der vorerwähnte Kreisprozeß wiederholt.Sion then goes through the generator 3, after which the above-mentioned cycle process for the liquid repeated.

Der zweite Teilkreis AC für das Gas umfaßt einen Wärmeaustauscher 6, eine Kältequelle oder Kühlvorrichtung 7, einen Kompressor 8 und, gemeinsam mit dem ersten Teilkreis, die Dispergierungsvorrichtung 2, den Generator 3 und die Trennvorrichtung 4. Das Gas durchläuft nur den Rückführzweig von derThe second partial circuit AC for the gas comprises a heat exchanger 6, a cold source or cooling device 7, a compressor 8 and, together with the first partial circuit, the dispersing device 2, the generator 3 and the separating device 4. The gas only passes through the return branch of the

sem Fall von der Anlage gelieferte elektrische Nutz- io Trennvorrichtung 4 zur Dispergierungsvorrichtung 2, strom wäre dann die Differenz zwischen dem vom in welchem Kreis sein Druck auf dessen größten Wert Generator erzeugten Strom / und dem vom Kompres- gebracht wird. In der Dispergierungsvorrichtung 2 sor aufgenommenen Strom i. In this case, the electrical useful separating device 4 supplied by the system to the dispersing device 2 would then be the difference between the current generated by the generator in which its pressure reaches its highest value and that generated by the compressor. In the dispersing device 2 sor absorbed current i.

Es kann auch nur der Hochtemperaturteil eines
vollständigen Kreises gemäß dem in Fig. 1 schema- 15 In Abwandlung dieser Anlage kann die Dispergietisch gezeigten geschlossenen Kreis ausgebildet wer- rungsvorrichtung 2 auch stromaufwärts der Wärmeden, wobei an diesen Teil ein üblicher Niedertemperaturkreis angeschlossen wird. Dieser Anschluß kann
über die Kältequelle 7 des Hochtemperaturteilkreises
verwirklicht werden, welche die Wärmequelle vom 20 Flüssigkeit, her, die einen geringeren Temperatur-Niedertemperaturteilkreis abtrennt. Gegebenenfalls unterschied aufweisen, so daß der thermische Wirkann dann der Wärmeaustauscher 6 weggelassen kungsgrad des Kreises verbessert wird, werden. Gemäß einer weiteren Abwandlung kann, um dieIt can also just be the high temperature part of a
complete circuit according to the scheme in FIG. This connection can
via the cold source 7 of the high-temperature sub-circuit
be realized, which the heat source from the 20 liquid, which separates a lower temperature-low temperature sub-circuit. If necessary, differ, so that the thermal effect then the heat exchanger 6 omitted efficiency of the circuit is improved. According to a further modification, the

Ein bedeutender Anwendungsfall ist der, bei dem gleiche vorerwähnte Verbesserung zu erzielen, der die Wärme ursprünglich von einem Kernreaktor ge- 25 Kreis nach F i g. 2 in der im Teilbild nach F i g. 4 geliefert wird. Es ist dann wichtig, daß eine der minde- zeigten Weise abgeändert werden,^: bei dem das Gas stens zwei das Gemisch bildende Medien, oder sogar
das Gemisch selbst, im Kernreaktor zirkulieren können. In diesem Fall müssen das oder die Medien
einen möglichst kleinen Einfangsquerschnitt für Neu- ^:3o
tronen aufweisen. Natrium oder Natrium-Kalium-Legierungen und Helium sind jeweils geeignete
flüssige und gasförmige Medien, um ein für diesen
Anwendungsfall geeignetes Gemisch herzustellen.An important application is to achieve the same improvement mentioned above, which originally generated the heat from a nuclear reactor. 2 in the partial image according to FIG. 4 is delivered. It is then important that one of the least shown ways be changed ^: in which the gas contains at least two media forming the mixture, or even
the mixture itself, can circulate in the nuclear reactor. In this case, that or the media must
the smallest possible capture cross-section for new ^: 3o
have trons. Sodium or sodium-potassium alloys and helium are suitable, respectively
liquid and gaseous media to make one for this
Use case to produce a suitable mixture.

Eine wichtige Abwandlung des vorbeschriebenen 35 der Flüssigkeit bewirkt. Kreises besteht darin, daß man nur das vorerwähnte Die vorerwähnten Ausführungsarten der Erfin-An important modification of the above-described 35 causes the liquid. Circle consists in that only the aforementioned.

Arbeitsmittelgemisch durch eine oder mehrere MHD- dung, bei denen das Arbeitsmittelgemisch nur einen Vorrichtungen des Kreises führt, dieses danach in Teil des Kreises durchfließt, bieten im Vergleich mit seine Bestandteile aufteilt (beispielsweise durch eine Anlagen bzw. Verfahren, bei denen das Arbeitsmitnach dem Zentrifugalprinzip arbeitende Trennvor- 40 telgemisch den ganzen Kreis durchströmt, die folgenrichtung), daß man diese Bestandteile getrennt auf ih- den Vorteile:Working medium mixture through one or more MHD- dung, in which the working medium mixture is only one Devices of the circle leads, this then flows through in part of the circle, offer in comparison with divides its components (for example through a system or process in which the employee centrifugal separator mixture flows through the entire circuit, the following direction), that these components are separated according to their advantages:

und die Flüssigkeit getrennt im Dampfkessel 1 derart aufgeheizt werden, daß sie vor der Mischung gleiche Temperaturen aufweisen.and the liquid are heated separately in the steam boiler 1 in such a way that they are the same before mixing Have temperatures.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 5 gezeigt, die dann bevorzugt wird, wenn es sich bei der Wärmequelle um einen Kernreaktor handelt und bei der nur das Gas aufgeheizt wird, welches im Augenblick ^; der Mischungsbildung die WiederaufheizungA further embodiment is shown in FIG. 5, which is preferred when the heat source is a nuclear reactor and only the gas is heated which is currently ^; the re-heating of the mixture

ren ursprünglichen Druck und mindestens einen der beiden Bestandteile auf seine ursprüngliche Temperatur zurückbringt und hiernach wieder die Dispersion bildet, wonach die Vorgänge sich wiederholen.ren original pressure and at least one of the two components to its original temperature brings back and then forms the dispersion again, after which the processes are repeated.

F i g. 2 zeigt einen komplexen Kreis, bei dem diese Variante beim Hochtemperaturteil vorgesehen ist. Der komplexe Kreis besteht aus zwei Teilkreisen. Der erste Teilkreis AB umfaßt eine Wärmequelle oder Heizkessel 1, eine Dispergierungsvorrichtung 2, einen MHD-Generator 3, eine Trennvorrichtung 4 und eine Pumpe 5.F i g. 2 shows a complex circle in which this variant is provided for the high-temperature part. The complex circle consists of two partial circles. The first partial circle AB comprises a heat source or boiler 1, a dispersing device 2, an MHD generator 3, a separating device 4 and a pump 5.

Nach Entspannung im Generator 3 fließt das Arbeitsmittelgemisch in die Trennvorrichtung 4, wo die Flüssigkeit B und das Gas C voneinander getrennt werden. Die noch warme, leitende Flüssigkeit durchfließt danach nur den Rückführzweig von der Trennvorrichtung zur Dispergierungsvorrichtung 2; in dem Rückführungszweig werden ihre Temperatur und ihrAfter expansion in the generator 3, the working medium mixture flows into the separating device 4, where the liquid B and the gas C are separated from one another. The still warm, conductive liquid then only flows through the return branch from the separating device to the dispersing device 2; in the return branch their temperature and their

Mit einem gegebenen Wärmeaustauscher läßt sich eine höhere Leistung erreichen, wenn dieser an seiner Kältequelle nicht die Wärmemenge, die den Temperaturspannen des Flüssigkeitsanteües des Arbeitsmittelgemisches entsprechen, aufzunehmen hat.With a given heat exchanger, higher performance can be achieved if it at its cold source not the amount of heat that the temperature ranges of the liquid component of the working medium mixture.

Die Austauschflächen sind weniger teuer, denn sie werden nicht einem Flüssigkeits-Gas-Gemisch ausgesetzt.The exchange surfaces are less expensive because they are not a liquid-gas mixture exposed.

Das Arbeitsmittelgemisch wird jedesmal am Eingang des Kreises erneut hergestellt, und man kann sicher sein, daß es als einwandfreie Dispersion vorliegt.The mixture of working materials is produced anew each time at the entrance of the circle, and one can be sure that it is present as a perfect dispersion.

Ein Nachteil dieser Ausführungsarten besteht darin, daß sowohl an die Pumpe für die Flüssigkeit als auch an den Kompressor für das Gas mechanische Energie geliefert werden muß. Man kann dies beheben, indem man in dem Rückführzweig der Flüssig-A disadvantage of these designs is that both the pump for the liquid as well as mechanical energy must be supplied to the compressor for the gas. One can fix this by placing the liquid in the return branch

Druck auf die maximalen Werte des Kreises ge- 60 keit, die entsprechend der Erfindung elektrisch leibracht. Zu diesem Zweck fließt die Flüssigkeit durch tend ist, eine MHD-Pumpe vorsieht, eine Pumpe 5, die den ursprünglichen Druckwert Um dieses auch beim Gas zu erreichen, genügt es, wieder herstellt, und danach durch die Aufheizvor- einen dritten Teilkreis vorzusehen, der mit einem anrichtung 1 (oder umgekehrt, wenn die Pumpe zwi- deren Arbeitsmittelgemisch arbeitet. Man sieht hierschen der Wärmequelle und der Dispergierungsvor- 65 bei einen Niedertemperaturkreis für die leitende Flüsrichtung angeordnet ist). Sie tritt danach in die Dis- sigkeit vor und bläst in diese das Gas zur Erzeugung pergierungsvorrichtung 2 ein, wo das heiße Gas unter einer Dispersion, die man dann in einem MHD-Kom-Druck wieder eingeblasen wird. Die erhaltene Disper- pressor komprimiert.Pressure on the maximum values of the circle, which according to the invention is electrical. For this purpose, the liquid flows through tend, which provides an MHD pump, a pump 5, which the original pressure value To achieve this also with gas, it is sufficient restores, and then to provide a third partial circle by the Aufheizvor- with a device 1 (or vice versa, if the pump is working between the working medium mixture. You can see it here the heat source and the dispersing device in the case of a low temperature circuit for the conductive flow direction is arranged). It then steps forward into the liquid and blows the gas into it to generate it Pergierungsvorrichtung 2, where the hot gas under a dispersion, which is then in a MHD-Kom pressure is blown back in. The disperser obtained is compressed.

F i g. 6 zeigt ein Schema eines solchen Kreises, den man ausgehend von F i g. 2 erhält. Das in einer Dispergierungsvorrichtung 9 hergestellte Arbeitsmittelgemisch strömt in einen MHD-Kompressor 10 und dann in eine Trennvorrichtung 11. Der komprimierte Gasanteil strömt dann zum Wärmeaustauscher 6 und zur Dispergierungsvorrichtung2 (Fig. 2), während die Flüssigkeit in einer hydraulischen Turbine oder einer MHD-Vorrichtung 12 entspannt wird. Sie fließt dann in eine Kühlvorrichtung 13 und erreicht die Dispergierungsvorrichtung 9, wo sich ihr Kreislauf schließt.F i g. 6 shows a diagram of such a circle, which can be drawn up on the basis of FIG. 2 receives. That in a dispersing device 9 produced working medium mixture flows into an MHD compressor 10 and then into a separating device 11. The compressed gas portion then flows to the heat exchanger 6 and to the dispersing device 2 (Fig. 2), while the fluid is expanded in a hydraulic turbine or an MHD device 12. She flows then into a cooling device 13 and reaches the dispersing device 9, where its circuit is located closes.

Es versteht sich von selbst, daß die Zusammensetzung des im MHD-Kompressor verwendeten Arbeitsmittelgemisches verschieden sein kann von der des auf der Hochtemperaturseite für den MHD-Generator verwendeten Arbeitsmittelgemisches. Die Wahl der Flüssigkeit und des Gasanteiles wird in jedem Fall unter exakter Berechnung der Temperatur und des Druckes im Hinblick auf ein optimales Arbeitsverhalten getroffen.It goes without saying that the composition of the working medium mixture used in the MHD compressor can be different from the one on the high temperature side for the MHD generator the mixture of working materials used. The choice of the liquid and the proportion of gas is made in each Case with exact calculation of temperature and pressure with regard to an optimal working behavior met.

Für den dritten Teilkreis sind mehrere Ausführungsformen möglich, je nachdem, ob man nur im Weg der Flüssigkeit (Fig. 6) oder im Weg der Mischung zwischen Dispergierungsvorrichtung 9 und Kompressor 10 die Kühlvorrichtung voneinander trennt und parallel vor Einführen in die Dispergierungsvorrichtung 9 abkühlt oder ob man nur das Gas abkühlt.Several embodiments are possible for the third pitch circle, depending on whether you are only in the Way of the liquid (Fig. 6) or in the way of the mixture between dispersing device 9 and compressor 10, the cooling device from each other separates and cools down in parallel before being introduced into the dispersing device 9, or whether just the gas cools down.

Andererseits weisen die Vorrichtungen 5 und 12 des vollständigen Kreises, die auf die leitende Flüssigkeit einwirken und die MHD-Vorrichtungen oder auch klassische Maschinen (Pumpen und Turbinen) sein können, fast gleiche Leistungen mit entgegengesetzten Vorzeichen auf, wenn man von den Verlusten absieht. Es ist aber auch möglich, diese Vorrichtungen elektrisch oder mechanisch zu kuppeln, um nur einen geringen Energiebedarf bei der Anlage decken zu müssen.On the other hand, devices 5 and 12 of the complete circle point to the conductive liquid act and the MHD devices or classic machines (pumps and turbines) Can be almost equal performances with opposite signs when speaking of the losses disregards. But it is also possible to couple these devices electrically or mechanically to only having to cover a low energy requirement for the system.

F i g. 7 zeigt eine Abwandlung des vorerwähnten Kreises, bei der der Wärmeaustauscher 6 durch eine Anordnung aus Turbine 14 und Kompressor 15 ersetzt ist. Bei diesem Kreis können die im Zusammenhang mit F i g. 2 beschriebenen Abwandlungen vorgenommen werden. Dieser Kreis kommt einem Carnot'schen Kreis sehr nahe; die in den MHD-Vorrichtungen erfolgenden Kompressionen und Entspannungen des Arbeitsmittelgemisches verlaufen nahezu isotherm und nur die Kompressionen und Entspannungen des Gases verlaufen merklich adiabatisch. Dieser Kreis hat den Nachteil, daß er sehr hohe Druckverhältnisse erfordert und daß die umlaufenden Maschinen mit einer hohen Gastemperatur betrieben werden.F i g. 7 shows a modification of the above-mentioned cycle, in which the heat exchanger 6 by a The arrangement of turbine 14 and compressor 15 is replaced. In this circle, the related with F i g. 2 described modifications can be made. This circle comes from a Carnotian Circle very close; the compressions and relaxations taking place in the MHD devices of the working medium mixture are almost isothermal and only the compressions and relaxations of the gas are noticeably adiabatic. This circle has the disadvantage that it is very high Requires pressure conditions and that the rotating machines operated with a high gas temperature will.

Fig. 8 zeigt eine weitere Abwandlung des Kreises nach Fig. 6, bei der der Wärmeaustauscher 6 teilweise beibehalten, aber einer Anordnung aus Turbine 14 und Kompressor 15 zugeordnet ist. Diese Ausführungsart wird bevorzugt, wenn die Hochtemperatur des Kreises zu hoch für die umlaufenden Maschinen ist und wenn hohe Drücke an der Hochtemperaturseite erforderlich sind (beispielsweise um ein Kochen der Flüssigkeit zu vermeiden), während niedrige Drücke auf der Seite der Kältequelle erwünscht sind.Fig. 8 shows a further modification of the circle according to Fig. 6, in which the heat exchanger 6 is partially retained, but an arrangement of a turbine 14 and compressor 15 is assigned. This embodiment is preferred when the high temperature of the circle is too high for the rotating machines and if there are high pressures on the high temperature side are required (for example, to avoid boiling the liquid) while low Pressures on the side of the cold source are desired.

Schließlich zeigt F i g. 9 schematisch einen vereinfachten Kreis, der von dem Kreis nach F i g. 2 abgeleitet ist. Er umfaßt nur eine einzige MHD-Vorrichtung, und zwar den Generator 3. Die Pumpe 5 ist eine umlaufende Maschine. Der Austauscher 6 ist weggelassen. Der Kompressor 8 wird durch eine Gasturbine 16 angetrieben, die gleichzeitig die Pumpe 5 antreibt. Vorzugsweise wird die Anordnung derart getroffen, daß die Gruppe der umlaufenden Maschinen keinerlei Energie von außen aufnimmt. Wenn dieser Kreis auch sehr vereinfacht ist, so verbessert er trotzdem sehr stark den Wirkungsgrad der einfachen Kreise von Verbrennungsturbinen dadurch, daß die Zufuhr der Wärme bei hoher Temperatur erfolgt und daß der erste für die Entspannung dienende Teil dort folglich in besserer Näherung isotherm arbeitet. Finally, FIG. 9 schematically shows a simplified circle that is separated from the circle according to FIG. 2 derived is. It includes only a single MHD device, namely the generator 3. The pump 5 is a rotating machine. The exchanger 6 is omitted. The compressor 8 is through a Gas turbine 16 driven, which drives the pump 5 at the same time. Preferably the arrangement taken in such a way that the group of rotating machines does not absorb any energy from the outside. Even if this circuit is very simplified, it nevertheless greatly improves the efficiency of the simple circuits of combustion turbines in that the heat is supplied at a high temperature and that the first part serving for relaxation there consequently works isothermally to a better approximation.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Process for converting thermal energy into electrical energy in a flow circuit, which contains a magnetohydrodynamic (MHD) device and a working medium is flowed through, which in at least a part of the circuit of a mixture consists of an electrically conductive liquid with a different type of gas, characterized that the working medium consists of a dispersion of fine gas bubbles in the liquid all the way through the MHD device consists, wherein the liquid and the gas are chosen so that among those in the MHD device Operating temperatures and pressures prevailing, the gas neither condenses nor dissolves dissolves appreciably in the liquid and the vapor pressure of the liquid is less than anywhere is the pressure of the gas.

2. The method according to claim 1, characterized in that the working fluid at least one point of the circuit is separated into its components that the liquid and the gas on their original pressure and at least the gas returned to its original temperature and that then the work equipment is formed again.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that to restore the Original gas pressure from the gas and a liquid formed a second working medium whose pressure is then increased in at least one MHD compressor.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a liquid liquid metal or a liquid metal alloy is used, its or their vapor pressure is less than the pressure in the work equipment at all points.

5. Plant for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized by a closed thermodynamic circuit (A) through which the working medium flows, with an MHD generator (3) and an MHD compressor (5), each in different branches lie between a heat source (1) and a cold source (7) (FIG. 1).

6. Plant according to claim 5, characterized in that a heat exchanger (6) in the thermodynamic Circle is provided.

7. Plant for carrying out the method according to one of claims 1 to 5, characterized by a liquid circuit (AB) and a gas circuit (AC) with a common branch (A) for the working medium in which the MHD generator (3) is located, in front of the MHD generator a dispersing device (2) for the production of the working medium and behind the MHD generator a separating device (4) with separate gas and liquid outlets are connected and the gas circuit has a compressor (8, 10, 15) and a cold source (7, 13) are assigned and a heating device (1) is provided for the working medium.

8. Plant according to claim 7, characterized in that the gas circuit (AC) is coupled via a further dispersing device (9) and a further separating device (11) to a second liquid circuit containing the cold source (13), wherein in the common branch of designed as an MHD compressor (10) is located.

9. Plant according to claim 7 or 8, characterized in that a heat exchanger (6) and / or an arrangement of turbine (14) and compressor (15) are arranged in the gas circuit (AC).

10. Plant according to claim 7, characterized in that a turbine (16) is arranged in the gas circuit (AC) which drives the compressor (8) arranged in the gas circuit and a pump (5) arranged in the liquid circuit (AB).

11. Plant according to one of claims 7 to 9, characterized in that the different MHD devices (3,10) flowing through working medium of the same thermodynamic cycle have different compositions adapted to the respective conditions.