DE1613397A1 - Elektrogasdynamischer Generator - Google Patents

Description

• ylektrogaaayhamischer Generator

  :sie Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung hochgespannter

  f

  Gleichströme und einen elektrogasayndmischen Ge4erator zur Durch-

  31 31

  f ührung des Verfahrens.-

  1:s siria elektrogasdynsmi-che Generatoren bekamt, bei denen in

  "'>rmang.:#^a=a:@@ heiße Gase, die -,. mit

  verbrannten Kohlerückständen gngexeichert sind, eingeblasen

  werden. Die zugeführten festen Partikel werden von einer loni-

  sierungssprühelektrod.e ionisiert und durch die kinetische Energie,

  die sie auf Grund ihrer Strömungsgeschwindigkeit und der Gas-

  temperatur aufweisen, gegen ein elektrisches Feld angetrieben.

  am Ende des Strömungskanals befinaet sich ein Zweites Elektroden-

  system der-Kollektor, an dem dann eine sehr hohe Spannung abge-

  griffen werden kann. .

  Im Gegensatz dazu treten bei den bekannten magnetohydrodynamiscnen

  Generatoren die ionisierten Verbrennungsgase mit sehr hoher Ge-

  schwindigkeit und@sehr hoher Temperatur in ein Magnetfeld senkrecht

  zur G;;sströmungsrichtung ein und werden dort entsprechend irrer

  t

  iradung abgelenkt. uabei baut eich senkrecht zum-biagnetfeld una

  zur Gasströmung ein elektrisches Feld auf. Bei einem derartigen

  Generator ist die Ladungsdichte temperaturabhängig stationär,

  `c.h. der F'irkungsgrad ist wesentlich von thermodynamischen Grund-

  prinzipien abhängig.

  bei aen be.x°anLt en elextrogseaynaraiscnen Jener t oren haben ,eu 3e;t .

  die Gesch,-ri ndigkeit des staubbeladenen Gasstromes und des elek-

  trischen Feldes eine gem-g bn@ #r-a B.@.chtu:igskomporiente, so daß eir

  Magnetfeld nicht erf:arderlj.chist. #jiead@ä@g Jeä Teilchen e ritt-

  steht dabei nicht- üer @eaUperatuxr, so"`j.-rr "1.»ä aurcr

  dichte ist daher nicht siationär, sondern klingt hinter aer

  3i=rühelektrode exponentiell auf einen stationären Wert ab. So

  bei einem elektrogasdynamiechen Generator zwar auch die -

  l'emparatur des Gases von Bedeutung; jedoch braucht `sie hierbei

  j. i cht ::u hoch zu sein wie bei einem magrietohydrodynamischen .

  Generator, so daß damit die kritischen herkstoffrägen wie beim

  fii; -Generator hier nicht auftreten.

  ::er 't.irkangsgr@3d der bisher bekannten elektrogasdynamischen

  Generatoren ist jedoch sehr klein, da sich die von der Gasströmung

  mitgefüntten Partikel leicht an der Wandung der Wirbelkammer

  absetzen und somit zu Verstopfungen führen können,. Außerdem

  geh:. dadurch .der größte Teil der Energieträger verloren.

  Ler Erfindung liegt di-e .nufgabe zugrunde, einen

  Generator .zu schaffen, bei dem diese Schwierigkeiten

  vermieden werden und bei dem alle ionisierten Teilchen voll zur

  Spannungserzeugung herangezogen werden können.

  Erfindungsgemäfl"wird der partikelbeladene Gasstrom nach Drell-

  anregung im axialen Bereich eines zylinderrohrföraigen ipannungs-

  raumes von einer Hochspannungssprühelektrode zu einem Kollektor

  geführt und von einer ratentialwirbelströmung gleicher Drehrichtung

  und höheren Dralles im wandnahen Bereich des Strömubgaraumee

  umgeben.

  Durch die axiale Einführung des partikelbeladeren Gasstromes

  mit einem bestimmten 'tordrall und die Umhüllung dieses inneren

  Gasstromes mit einem Wirbelschlauch höheren Dralles wird bewirkt,

  daß sich die ioniizierten Teilchen im wesentlichen im axialen

  Bereich des trömungoraumes bewegen und nicht an die Wandung

  geschleudert werden: Dadurch ist es möglich, daß in dem Be-

  reich von der Aufladungselektrode zum Kollektor alle Teilchen

  innerhalb des inneren Strömungsraumes in einer oder mehreren

  v,endelförmigen Strähnen gehalten werden. Gegebenenfalls ist es

  möglich, bei großen Abständen-von Hochspannungselektrode zu

  Kollektor eine nochmalige Drallanregung vorzusehen.

  Der elektragasdynamieche Generator, der in bekannter Weise aus

  einem zylinderrohrförmigen Strömungskanal aus dielektrischem

  Material mit einer ringförmigen Hochspannungselektrode und einer

  koaxialen Sprühelektrode sAie einem Kollektor im vorgegebenen

  Abstand von der Hochspannungselektrode besteht, weist in Haupt-

  strömungsrichtung vor der Hochspannungselektrode eine Einrichtung

  zur Drellerteilung für den partikelbeladenen Gasstrom sowie eine

  dachgeschaltete koaxiale Ringdüse mit kleinerem Austrittsdurch-

  messer als der Innendurchmesser des Strömungsrohres und eine die

  'Ringdüse konzentrisch umgebende Dralleinrichtung für einen Hilfs-

  gasstrom auf. ,

  Dieser Hilfagasstrom kann dabei über tangentiale und in Strömungs-

  ,richturig schräg geneigte Hilfsgasdüsen im Mantel des Strömungs= roteres zugeführt werden. Der partikelbeladene axiale Gasstrom kann seinen Vordrall durch ein axiales Leitwer k.erhalten oder aber tangential in den Strömungskanal eingeführt werden.
• Es ist aber auch möglich, zur Drallanregung für die partikelbeladene Gasströmung und die Hilfsgasströmung zwei konzentrische Zeitschaufelkränze vorzusehen, von denen die Leitschaufeln des inneren Kranzes. einen geringeren Anstellungswinkel gegen die Hauptströmungsrichtung als die Zeitschaufeln des äußeren Kranzes aufweisen: ton Hand einer schematischen Zeichnung ist Aufbau-und Wirkungs- _ weise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei einen elektrogasdynamischen Generator mit schräg-tangentialen Hilfsgasdüsen und Fig. 2 die Drallanregung über konzentrische Leitschaufelkränze) während in Fig. 3 die Hintereinanderschaltung und in Fig. 4 die Parallelschaltung mehrerer Einzelzellen dargestellt sind.
• Nach Fig. 1 besteht der elektrogasdynamische Generator aus einem zylinderrohrförmigen dielektrischen Strömungskanal. 1 mit einer Sprühvorrichtung zur lonisierung des Staubes, die aus einer Ringelektrode 2 und einer Goronaelektrode 3 besteht. Diese Oorenaei.ektrode 3 liegt am .negativen Pol einervon

  etwa 5 kV. Dem über den Eintrittsstutzen 6 sinetrömenden partikel-

  beladenen Ga:; wird von einem axiclen Leitwerk 7 ein Lrall erteilt.

  Durch eine Ringaüse 8 wird das GGs- dann zu eii:em eiigeri rotier#erlaen

  Strahl entsprechend einer räumlichen Rotationsströmung im axi.:l.en

  Bereich des Strömar_gakanals begrenzt. über schräE-terigenti@:ie

  Hilfsgasdüseri y, aie die Ringdüse 8 konzentrisch umgeben, wird

  ein pcrtikelfreies Heingas eingeblageh, aas als Potentiulbirbel-

  trömung 13 im wandnahen Bereich des Strömungskanals 1 die axiele

  partikelbeladene Gasströmung 12 konzentrisch umschlieLst. Lurch

  diese äußere Strömung iNird vermieden, daß die in der Gasströmung

  enthaltenen Ganteilchen ah die Wandung c;es StrömttnE;k@inals 1 ge-

  langen und sich dort vorzeitig ab-etzen. In einem Kollektor 5,

  der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als itrömungsgleich-

  richter ausgebildet ist, kann dann eine rohe Spannung von über

  100 kV abgegriffen werden.

  Die thermische und kinetische Energie des staubbeladenen Träger-

  gases werden zweckmäß.igerweise aus der Verbrennung -ballast- und

  aschereicher Brennstoffe wie z.8. minderwertiger kohle bezogen.

  Im Prinzip entspricht ein derartiger Generator denn bekannt--n

  van de Graaff-Generator, jedoch wird hierbei das :aus Isolier-

  material bestehende Band durch. die wendelförmige Staubsträhne

  ersetzt, in der die Hufladung der einze?nei. Teil .ie- durch keibung

  erfolgt. ha der Wirkungsgrad eine; _=en GenerGtors

  -vori dem thermodynamischen Gegebenheiten maßgebend von der

  V4i.rurig uer ::t;iub:roen.del bestimmt mird und bei dem beschriebenen

  i rr.r.i1> durch die ::irhelst-römung die Staubpartikel sich nicht

  r.n fi;e Ir,rel@-r.:,i:c:i,n; des Strämungskanal:3 absetzen, sondern voll-

  . *,anciif vom r;cliektor erfaßt vrercen, ist der '@,'irkungsgrad eines

  cc.r,:rtiE,tr. Gericr;:tors sehr riöch. Larüberhinaus läßt sich der

  h irk.ngsgrad c;,;rcli Erhöhung ües. Lruckes in dem' Strömungskanal

  e@rl:c@h_ ic@l: erhül:en.. .

  .r: ig. 2 ist ein elektrogasdynamischer Generator mit einer

  anderen <'-rt der Lrallanregung beschrieten. Das partikelbelädene

  wird hier li:cr ein zum Strömuzgskangl 1 koaxiales Röhr 6

  k1 eit.fr en Lurchmessers zugeführt und über Leitschaufeln 7 in

  hotdticn vei#ßetL4t. i:as staubfreie Hilfsgas wird über einen zum

  `Z'ii:str;iarohr C konzentrischen Kanal 10 zugeführt und über Leit-

  schaufeln 11 mit eineng höheren prall als die innere Strömung be-

  autchlagt. Es @biloen sich dann ebenfalls die beiden kor:zentrischen

  wendelförmigen -Strömungen 12 und 13 aus.

  Bei einem derartigen elektrogasdynamis.chen Generator werde

  hohe Spannungen bei geringen stroriqtärken erzeugt. Zur Erzeugung

  hoher Ströme kann-es, daher zweckmäßig sein, zahlreiche Stri@mungs-

  kanäle der beschriebenen Art-parallel zu echaltena Außerdem ist

  zum Abbau größerer Temperaturgefälle eine strömüngetechnisehe

  Hntereinanderschaltung auch bei elektrischer Parallelschaltung

  denkbar.

  Dementsprechend sind in dem Ausführungebeispiel nach Fig. 3 schematisch zwei derartige Generatoren hintereinandergeschaltet. -Nach Drallerteilung in die hier nur schematisch dargestellten Dralleihrichtung 7 entsprechend den Fig. 1 oder 2 wird die mit staub angereicherte Strähne in der Hochspannungselektrode 2 aufgeladen und strömt dann au f wendelförmigen Bahnen durch den Strömungskanal 1.-Der Kollektor 5 ist _ hi erbei -gleichzeitig als Dralleinrichtung für den nachgeschalteten Generator ausgebildet, in dem in, gleicher `reise eire Besprühung und anschließend Ladungser,tnahme erfolgt. Dabei ist es möglich, beliebig viele derartige Einheiten hintereinandereusehalten.
• Es ist aber auch möglich - wie das in Fig. 4-dargestellt ist -mehrere Einzelgeneratoren parallelzuschalten. Dabei wird das @uetrömende partikelbeladens Rohgas zunächst auf die einzelnen Strömungskanäle aufgeteilt und über entsprechende Dralleinrichlungen ?, die hier ebenfalls nur schematisch dargestellt sind, in Rotation versetzt. In der Nochspannungetlektrode 2 werden die-Ladungsträger besprüht und wandern dann ebenfalls auf wendelf örmigen Bahnen durch das Strömungsrohr 1, während in den Kollektoren 5 die entsprechende Spannurig abgegriffen wird. Dabei sind die 13ochspannungselektroden sowie die Kollektoren parallelge-#s c:lalt et .
• Darüberhinaus ist es möglich, die Spannung nicht nur am Kollektor, sondern auch in entsprechenden Abständen-Jeweils am dielektrischen .Strömungskanal abzugreifen.
• Ale Kollektor 5 zur Entladung der von der inneren Gasströmung mitgeführten Partikel- ist es auch möglich; einen 'Fliehkrafta bs ehe id er - in Form eines Zyklons oder eines vrehströmungswirblers zu vereenden, an dem die hohe Spannung abgegriffen werden kann. Aus diesem Fliehkraftabscheider strömt dann lediglich das gereinigte Gas ab. Zur Verstärkung des Wirkungsgrades deo elektrogasdynamischen Generators ist es auch möglich, den Staub vollkommen oder teilweise zum- Einlaß des - Strömungskanals zurückzuführen, um somit die Anreicherung des Rohgases mit. Staub zu vergrößern. Diese Maßnahme ist besonders günstig, da nicht die Verteilung, sondern nur die Anzahl der Ladungsträger im Strömungsraum maßgebend ist. .
• Derartige elektrogasdynamische Gene.Tatoren eignen sich besonders z.B.- zur Eigenerzeugung des elektrischen Feldes bei Elektrofiltern. Darüberhinaus sind sie generell als Hochspannungsquelle zu verwenden. .

Claims (1)

1. >?u tentanr,prüche 1Jerfahren zur E'rzeugung hochgespannter Gleichströme Jurch elektrische Auf- und Entladung vun ir, einem heißer: @i.,s^ trom mitgeführten i'artikeln, aadurch gekennzeichnet; daß "4c:r- p.::r- tikelbeladene Gnsstrum nach Drallanregung im axiales. nereic'ri ( 1_' ) 'eines "-liridei-rot:rfürmigen Strömurrgakanals ( 1 ) -ton einer liocnsp:nrur.r-,.;@lektr ode (2) zu einem dollextor (5) 6L iürirt unc von einer rozentiLl-r:irbelrtrömur_&; (13) gleicher uni höherer, @ralli-:" im w,-:i:dn:iheri Lereich des ( 1 ) umL;e gen w ird . . l@@r fahry,:n:. @l@:ntro@, i:.@: ;r@Gmisci@4rü@errerator zur hurchführunE; J::-: mit einem zyl ind errohrförm ir,(%ri :; @ri@raur:f;:;- künal :iuc; d iel ekti-isci;-:m t@erk:@tuf't', einer ringi)'rm:r;nri Hocn- anu dazu kos" isler Spri,üielektrode oowie einem r;oilektor iri vorgegebanem Abstand von der üochspannungseiekt-ode, dacurcir Leker.rizeiciriiet, daß in riauptatrömungsrichtun.g vor der Iioc:ishannurr@-seülekt^oäe (2) eine Einrichtung (7) zur Draller teilung für den pari ikelbeladerien Gasstrom sowie eine nachgeschaltete koaxiale ilirigdüse (8) mit kleinerem Austrittsdurchmesser als der Innendurchmesser des StrÖmungskanals (1) und eine- die Ring- aüse (8) konzentrisch umgebende Dralleinrichtung (9s 11) für . einer` Hilfsgasstroa vorgesehen ist. :. y7.er ;.roasc@namischer Generator nach Anspruch 2, daäüTch gei- aß dis DralleInrichtung-fürden Hilf sgasstrom. - L u:= t-ngei:tialen und in. rtrömiingsrich tung schräg geneigten , - :@f:.=gascü2.crt t g' im 1;@ratel ges S träautzgskana.ls ( i ) besbeht: f. EIE1;"z-agascynar@ischer Generator nach kispruch 2 und @, .dadurch gekeit=eichnet, aaL. zur i1`silas-regung für den partikelbelaäenen Gtis:ztrom ein axiales Lei bwerk (7) vorgesehen ist. @. lexzrogcedynaziscner üenarstor naci: Anspruch 2 und " dadurch ,ekei:.^.:eicr.^ctt daß zur Dr$llanregung für den partik-elbeiadene üas':z"or= ei :se -.an gentielej 7.i0üdi4.Tu1.g desselben vorgeeehen is4. E? ek trogase@awsc@@er @e era tcxr stach -tns:@rucä -2,. dadurch ge- h-Ernze- i ohne t, da zur :.rawlani.-egun g -'fr die pattikelbeiadene uucs'rb==g und G**e -.webonzenzr@sche Lest- schau-c1 Lränze; ; E ` wcägesehen sind. bei denen d ..e Zeit- s cnauf e 1n des drzieren iranzes ? ) einen. "'geringeren Ans tellwirkel gegen die @i@up@-römrgi.richzixng a".s .:ie Leitechaufeln des äußerer ar.Zes u h?:t .sen, ?. ''lextrogcsdvnamischer Generator nach nrspruch 2 cis 6, dadurch ßeher.:zecr;nets dab der Kollektor (:: aLF Strö:$ttnz@gleichric::@er ausgebiloet iss: Elektrogasdynamischer Generator nach Anspruch 2 bis 6, dadurch .gekennzeichnet, d aß der Kollektor (5) als Fliehkrafta bsche id er ausgebildet ist. 9. Elektrogasdynamischer Generator nach Anspruch 2, dadurch gekenrzeichnet, daß mehrere Einzelgeneratoren strömungstechnisch hintereinanöergeschaltet sind. 10. Elektrogasdynamischer Generator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des jeweils vorgeschalteten Einzelgenerators als Dralleinrichtung für den nachgeschalteten Generator ausgebildet ist. 11. Elektrogasdynamischer Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Einzelgeneratoren strömungstechnisch parallelgeschaltet sind,