DE1788025B2

DE1788025B2 - Verfahren zur elektrogasdynamischen Energieumwandlung und elektrogasdynamischer Wandler zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1788025B2
Application number: DE1788025A
Authority: DE
Inventors: Edward L. Morris Plains Collier; Meredith C. West Orange Gourdine; Harold W. Upper Montclair Mccrae
Original assignee: Gourdine Systems Inc
Current assignee: Gourdine Systems Inc
Priority date: 1967-10-05
Filing date: 1968-09-18
Publication date: 1979-09-27
Also published as: GB1237939A; FR1582476A; US3612923A; DE1788025A1; DE1788025C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur elektrogasdynamischen Energieumwandlung, bei dem ein Gasstrom in einem stromauf liegenden Bereich eines umgrenzten Strömungsweges durch elektrische Ladungen gleicher Polarität ionisiert und in einem stromab liegenden Bereich des Strömungsweges neutralisiert wird und ein die ionisierten Teilchen abstoßendes Feld längs des Strömungsweges zwischen dem ionisierenden und dem neutralisierenden Bereich aufgebaut wird, wobei in diesem Zwischenbereich entlang des Strömungsweges und in elektrischem Kontakt mit diesem ein Weg hohen elektrischen Widerstandes zur Rückführung der von den ionisierten Teilchen getragenen elektrischen Ladungen zum ionisierenden Bereich aufgebaut wird (AJAA Journal, VoI 2, Nr. 8, Aug. 1964, S. 1423-1427).

Es ist bekannt, daß elektrogasdynamische Wandler sehr wirksam und von größtem Nutzeffekt sind, wenn die Ladungskonzentration in dem Gasstrom in einem umgrenzten Strömungsweg so hoch wie praktisch möglich gemacht werden kann. Um hohe Wirkungsgrade zu erzielen, wurden zahlreiche Versuche gemacht, um so viele Ladungen wie möglich zwischen die Ionisierungs- und Sammelelektroden des Wandlers zu bringen, um so eine hohe Ausgangsleistung zu bekommen. Bei mit Gleichstrom arbeitenden elektrogasdynamischen Wandlern entspricht die abgegebene Nutzleistung dem Produkt aus Spannung und Strom an einem äußeren Verbraucher, der zwischen den Sammel- und Ionisierungselektroden angeschlosssen ist. Es erschien daber nur logisch, ein stromauf gerichtetes Zurückkehren der Ladungen im umgrenzten Strömungsweg zu verhindern, da solche zurückfließenden Ladungen dann nicht zur Verfügung stehen, um im Verbraucher nützliche Arbeit zu leisten.

In der elektrogasdynamischen Technik ist es weiterhin bereits bekannt, daß höhere Ladungskonzentrationen im umgrenzten Strömungsweg durch die Verwendung eines eingespritzten Aerosols von multimolekularer Größe erreicht werden können, dessen einzelnen Teilchen eine beträchtliche Ladung aufgeprägt werden kann, die sich der Sättigung nähert. Derartige Teilchen können wegen ihrer geringen Beweglichkeit und größeren Masse wirksam elektrische Ladungen zum Sammelbereich gegen das die Ladungen abweisende Feld transportieren. Mit höheren Ladungskonzentrationen hat jedoch der Raumladungsfeldgradient senkrecht zur Strömungsrichtung auch die erhöhte Neigung,

eine größere Ablagerung von Ladungen und geladenen Teilchen an der seitlichen Strömungswegbegrenzung zu bewirken, bevor sie die Sammelelektrode erreichen, wobei diese Erscheinung besonders bei Ladungen und Ladungsträgern höherer Beweglichkeit und geringerer Masse auftritt.

Der umgrenzte Strömungsweg eines elektrogasdynamischen Wandlers ist im allgemeinen aus nicht leitenden Werkstoffen von hoher Dielektrizität aufgebaut, um einem dielektrischen Zusammenbruch bei höheren Spannungen im Sammelbereich entgegenzuwirken. Wenn die Spannung an der Sammelelektrode zunimmt, ergibt sich jedoch eine entsprechende Verstärkung des die Ladung abstoßenden Feldes, so daß die Neigung besteht, die Ladungsträger zu verlangsamen. Dies führt zu einer vorzeitigen Ablagerung von Ladungen und Ladungsträgern an der seitlichen Strömungswegbegrenzung und so dort zu einer ständig zunehmenden Ladungskonzentration. Schließlich beschleunigen derartige unerwünschte Ladungskonzentrationen den Zusammenbruch des Arbeitsstromes, lange bevor die beabsichtigte optimale Spannung im Sammelbereich erreicht ist. Außerdem hat, obwohl der Wandler so gebaut werden kann, daß er unter Bedingungen arbeitet, unter denen periodische Zusammenbrüche auftreten, die Ausgangsspannung die Neigung, unstabil oder unregelmäßig zu sein.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Teil der kinetischen Energie eines bewegten Gasstromes in elektrische Energie durch Benutzung der Energie des Gasstromes zur Bewegung elektrisch geladener Teilchen gegen ein abstoßendes elektrisches Feld umzuwandeln und dabei, um eine stabile Ausgangsspannung zu sichern, einen Zusammenbruch der Arbeitsströmung im Strömungsweg der elektrisch geladenen Teilchen zu verhindern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren dadurch, daß der Gasstrom für die Ionisierung eine Anzahl von Flüssigkeitsteilchen aufgeprägt erhält und daß diese einen dünnen, den Weg hohen elektrischen Widerstandes darstellenden Flüssigkeitsfilm an der Strömungswegbegrenzung bilden.

Der Flüssigkeitsfilm hohen elektrischen Widerstandes schafft eine Rückkehr- oder Leckmöglichkeit für die Ladungen die die Strömungswegbegrenzung vor dem Sammelbereich erreichen, und baut dadurch unerwünschte Ladungskonzentrationen ab. Der Gesamtwiderstand des Filmes zwischen der Sammel- und der Ionisierungselektrode wird so gewählt, daß er größer ist als der Ladungswiderstand, mit dem der Wandler arbeiten soll, so daß der größere Teil der Ausgangskraft im Verbraucher und nicht am Widerstandsfilm entwikkelt wird.

Der Flüssigkeitsfilm wird vorteilhafterweise durch Vermischung der verdampften Flüssigkeit mit dem Gasstrom gebildet. Als verdampf- und kondensierbare Flüssigkeiten können vorzugsweise Alkohol, Kohlenstofftetrachlorid, Azeton, Freon oder eine Mischung von Wasser mit den vorstehend genannten Substanzen verwendet werden.

Der elektrogasdynamische Wandler zur Durchführung dieses Verfahrens kann mit einer zweiten Strömungswegbegrenzung stromab des Neutralisationsbereiches für die Ladungen ausgestattet sein. Diese weist vorzugsweise eine Länge auf, die größer als die Länge .des Bereiches zwischen ionisierendem und neutralisierendem Bereich ist.

Im ionisierten Gasstrom herrscht vorzugsweise eine dielektrische Feldstärke größer als 3 χ 10* V/m. Der Flüssigkeitsfilm weist dabei einen Widerstand zwischen etwa 10¹³ und 10¹⁶ Ohm/m auf. Schließlich hat die zweite Strömungswegbegrenzung eine Länge in Metern, die wenigstens etwa gleich einem Sechzigstel des Potentials an der Sammelelektrode in Kilovolt ist.

Die zweite Strömungswegbegrenzung stromab von der Sammelelektrode kann bei einer weiteren Ausführungsform des Wandlers den durch die erste Strömungswegbegrenzung gebildeten Strömungskanal ringmantelförmig umgeben und so einen Strömungsweg zur Umlenkung der Strömung in deren Gegenrichtung bilden. Dabei kann in Weiterbildung als zweite

is Strömungswegbegrenzung eine Reihe von Rohren vorgesehen sein, die sich auf der Außenseite des Strömungskanals im wesentlichen parallel zu dessen Achse erstrecken.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Wandlers kann der ringmantelförmige Strömungsweg eine zentrische, von ihm umschlossene Kammer zur Aufnahme eines elektrischen Verbrauchers aufweisen, wobei elektrische Leitungsmittel vorgesehen sind, die von der Sammelelektrode zum Verbraucher führen.

Schließlich ist es möglich, dem Strömungsweg stromab der Sammelelektrode eine Form dergestalt zu geben, daß er den Strömungskanal schraubenförmig umgibt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und die durch dieselbe erzielten Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Zeichnungen.

F i g. 1 ist ein Längsschnitt durch einen elektrogasdynamischen Wandler nach der Erfindung mit einem dünnen Flüssigkeitsfilm an der Wandung des die Strömungswegbegrenzung bildenden Kanals,

F i g. 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform mit einer ringmantelförmigen Auslaßleitung für den Wandlerdurchfluß,
F i g. 3 ist ein Längsschnitt durch das stromab gelegene Ende eines elektrogasdynamischen Wandlers mit einer einen elektrischen Verbraucher umgebenden ringförmigen Auslaßleitung,

Fig.4 stellt einen elektrogasdynamischen Wandler mit einer schraubenförmigen, den Kanal umgebenden Auslaßleitung dar,

F i g. 5 ist ein Längsschnitt durch einen elektrogasdynamischen Wandler, bei dem eine Vielzahl von Auslaßrohren vorgesehen sind und

F i g. 6 zeigt einen Querschnitt durch diese Wandlerform nach der Linie 6-6 in F i g. 5.

F i g. 1 zeigt eine Grundausführungsform eines Wandlers, der einen dünnen Film hohen elektrischen Widerstandes gemäß der Erfindung auf den die Strömungswegbegrenzung bildenden Innenwandungen eines Strömungskanals aufweist.

Der Wandler 10 besteht aus einem stromauf gelegenen dielektrischen Abschnitt 10a, einem folgenden dielektrischen Abschnitt 106 und einem stromab

" gelegenen Sammelabschnitt 10c.

Zur Vereinfachung des Zusammenbaus und Auseinandernehmens sind die Abschnitte 10a, iOb und 10c mit Gewinden 11 versehen und aneinanderstoßende Abschnitte sind mit gemeinsamen geeigneten Ring-Dichtungen 11a versehen, die in einander zugeordnete ringförmige Nuten eingepaßt sind.

Die Innenwand 12 des Wandlerkanals ist so ausgebildet, daß sie einen sich axial erstreckenden, zunächst stromab konvergierenden, dann divergieren-

den Strömungskanal, also eine Düse, bildet. An der engsten Stelle 13 der Düse ist eine ringförmige Anziehungselektrode 14 angeordnet, die etwas stromab von der Spitze einer Koronaelektrode 16 Hegt, die auch einen Düsenstöpsel bildet und von einem Haltekreuz aus sich radial erstreckenden Armen 16a gehaltert ist. Zwischen den Elektroden 14 und 16 befindet sich eine Koronastromquelle, dargestellt durch die Batterie 17, um ein Ionisierungsfeld im Strömungskanal in der Nähe der engsten Stelle 13 der Düse zu bilden.

Von der engsten Stelle 13 der Düse erweitert sich die Wandung 12 progressiv, bis der Kanal eine Sammelelektrode 18 erreicht, die in dem Kanal von einem Haltekreuz 18a gehalten ist. Zusammen bilden die Koronaelektrode 16 und die auseinandergehenden und zusammenlaufenden Teile der Kanalwandung 12 eine Laval-Düse für den Gasstrom, der in die stromauf gelegene Verlängerung 20 aus dielektrischem Werkstoff, wie mit dem Pfeil 19 angedeutet, eintritt, die auf den von ihr stromab gelegenen dielektrischen Abschnitt 10a aufgeschraubt ist.

Es ist an sich bekannt, daß Teilchen, die in einer elektrogasdynamischen Strömung dispergiert sind, geladen werden können, um die Ionen- (Ladungs-) konzentration in der Strömung zu verbessern und so den Wirkungsgrad des Wandlers zu erhöhen. In F i g. 1 wird eine Aerosolflüssigkeit, z. B. Alkohol, mit verhältnismäßig niedriger Leitfähigkeit von einer Quelle 22 in eine Zuleitung 24 geleitet, die in die dielektrische Verlängerung 20 mündet. Diese ist mit einem ringförmigen Kanal 26 versehen, der die Flüssigkeit von einem kleinen Zuleitungskanal 27 aufnimmt, der mit der Zuleitung 24 in Verbindung steht. Der ringförmige Kanal 26 steht seinerseits mit dem Inneren des Wandlerkanals unmittelbar stromauf von der Koronaelektrode 16 durch eine Reihe kleiner öffnungen 28 in Verbindung, durch die die Flüssigkeit in die Gasströmung als fein verteilter Flüssigkeitsnebel oder Aerosol eingesprüht wird. Während die Aerosolteilchen 29 von der Strömung in den Ionisierungsfeldbereich zwischen der Elektrode 16 und der Anziehungselektrode 14 geführt werden, werden sie ionisiert oder geladen und setzen ihre Bewegung in dem Kanal auf die Sammelelektrode 18 zu fort. Wegen des quergerichteten Gradienten des Ladungsfeldes in dem Kanal zwischen der Anziehungselektrode 14 und der Sammelelektrode 18 wird jedoch ein gewisser Anteil der flüssigen Teilchen an der Innenwandung des Kanals niedergeschlagen. Während des Betriebes wird das Zufließen der Aerosolflüssigkeit von der Quelle 22 eingeregelt und auf einer Höhe gehalten, die genügt, um eine Anzahl von Aerosolteilchen in der Strömung zu erzeugen, deren Niederschlag oder Kondensation einen dünnen Film 30 bildet, der die Innenwand 12 mindestens zwischen der Anziehungselektrode 14 und der Sammelelektrode 18 überzieht.

Die Ionen und geladenen Teilchen, die nicht an der Innenwandung des Kanals niedergeschlagen werden, werden von der Sammelelektrode 18 aufgenommen, die so ausgebildet ist, daß sie die Ladungen in der Strömung durch eine Wirkung neutralisiert, die einer Abgabe von Ionen von entgegengesetzter Polarität gleichgesetzt werden kann. Der Neutralisierungsstrom durch die Sammelelektrode 18 bildet einen Stromfluß i_L durch einen äußeren Verbraucher Ru der zwischen die Koronaelektrode 16 und der Sammelelektrode 18 geschaltet ist. Der Strom // entwickelt seinerseits eine Spannung im Verbraucher R₁ gleich der Spannung an

ι ο

der Sammelelektrode 18. Diese gleiche Spannung bewirkt auch die Aufrechterhaltung eines ladungsabstoßenden, axialen Feldes innerhalb des durch die Wandung 12 gebildeten Strömungskanals. Die Spannungsenergie der geladenen Teilchen in der Strömung wird vergrößert, während die Bewegung gegen das genannte Feld erfolgt, wobei die kinetische Energie der Strömung in elektrische Energie am Verbraucher Rl umgewandelt wird.

Beim Vorüberströmen an der Sammelelektrode 18 führen der Gasstrom und die überschüssigen Aerosolteilchen ihre Fließbewegung stromab weiter und gelangen durch den Kanalauslaß 31 in einen dielektrischen Schlauch 31a am Ende des Abschnittes 10c. Der Zweck dieses Schlauches 31a wird später im einzelnen erläutert.

Aus vorstehendem ergibt sich, daß der dünne Flüssigkeitsfilm 30 auf der Innenwand 12 des Strömungskanals einen inneren Stromweg entlang der Strömungswegbegrenzung bildet, der sich zwischen der Sammelelektrode 18 und der Anziehungselektrode 14 erstreckt. Der Widerstand des Filmes 30 kann durch einen inneren Ladungswiderstand R₁ dargestellt werden. Ladungen, die zur Strömungswegbegrenzung unter dem Einfluß der Raumladung getrieben werden, werden durch mindestens einen Teil des Widerstandes R, geleitet und verhüten demgemäß den Aufbau von örtlich hohen Spannungen und elektrischen Beanspruchungen innerhalb des Kanals. Als Ergebnis kann die Spannung an der Sammelelektrode beträchtlich erhöht werden, etwa durch Erhöhen der Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms und der Ionenkonzentration innerhalb des Kanals, ohne daß ein dielektrischer Zusammenbruch innerhalb des Kanals erfolgt.

Die F i g. 2 - 6 zeigen verschiedene Formen und Abwandlungen des grundlegenden elektrogasdynamischen Wandlers nach Fig. 1. Sie sind zur Verwendung mit einem flüssigen Aerosol für die Bildung des Flüssigkeitsfilmes hohen elektrischen Widerstandes gedacht. Beim Betreiben eines elektrogasdynamischen Wandlers mit einer Gasströmung, die mit Aerosolteilchen angereichert ist, ist es normalerweise wünschenswert, die Teilchen zur Quelle des flüssigen Aerosols zum Wiedereinsprühen in das System zurückzuleiten. Teilweise aus diesem Grund ist das Rohr 31a am Auslaß des Wandlers in F i g. 1 vorgesehen.

In der Praxis wird das Rohr 31a zu der Quelle 22, wie gezeigt, zurückgeführt. Das Aerosol kondensiert und füllt die Quelle wieder neu auf. Wenn jedoch das Aerosol wieder in den Kreislauf eingebracht wird, kann sich ein dielektrischer Zusammenbruch in der Auslaßrückleitung ergeben, wenn nicht eine Konzentration der geladenen Teilchen in dem Auslaßsystem durch richtige Konstruktion des Gerätes verhindert wird. Außerdem kann das Aerosol, das verwendet wird, um den Flüssigkeitsfilm in dem elektrogasdynamischen Wandler zu bilden, auch einen dünnen Film in der Auslaßrückleitung bilden, womit ein dritter Widerstand im System parallel zu dem Verbraucher Rl geschaltet wird. Im allgemeinen sollte daher die Gesamtimpedanz der Auslaßrückleitung wesentlich über der Impedanz des Verbrauchers Rl liegen, so daß die in dem Wandler erzeugte Spannung in erster Linie von den elektrogasdynamischen Parametern des Wandlers abhängt und nicht von den elektrischen und physikalischen Merkmalen der Rückleitung. Wenn vorstehende Bedingungen beachtet werden, nützt jeder Film hohen elektrischen Widerstandes, der im Inneren der Auslaßrückleitung

i 1 ■i

gebildet wird, dem System, indem er eine Leckage in dieser Leitung für das Ableiten von überschüssigen Ladungen schafft, wodurch ein dielektrischer Zusammenbruch in diesem Teil des Systems verhütet wird. Die Wandler nach den F i g. 2 — 6 sind unter Berücksichtigung der vorstehenden Überlegungen gebaut.

Nach F i g. 3 ist der Wandlerkanal 10 an seinem stromauf gelegenen Ende durch eine ringförmige Endplatte 44 gehaltert. Die Endplatte 44 ist etwa durch Schraubenbolzen 45 an dem sich radial erstreckenden Flansch 46 einer im allgemeinen zylindrischen Kammer 47 befestigt, die am stromab gelegenen Ende des Kanals durch ein Bauteil 47a und am oberen Ende durch die Platte 44 abgeschlossen ist. Das Bauteil 47a ist ebenfalls mit einem Flansch zur Befestigung an dem dazugehörigen Flansch 46a der Kammer 47 versehen und ist mit einer glatten, ringförmigen Ausnehmung 48 ausgebildet, die dazu dient, den dynamischen Strömungswiderstand zu verringern und einen verhältnismäßig glatten Übergang für die Richtungsänderung der Gasströmung zu schaffen. Der Wandlerkanal 10 ist von den Wänden der Kammer 47 umgeben, die einen ringmantelförmigen Strömungsweg oder Kanal 49 bildet, der die Gasströmung aus dem durch die Wand 12 gebildeten Strömungskanal aufnimmt. Beim Austritt aus dem Auslaß 31 des Kanals 10 wird die Strömungsrichtung durch das Teil 47a umgekehrt und die Gasströmung wird im Inneren des ringmantelförmigen Kanals 49 in Richtung entgegen der Strömung im Kanal 10 weitergeleitet. In der Wand der Kammer 47 in der Nähe der Endplatte 44 sind ein oder mehrere Auslässe 50 vorgesehen, die mit der Auslaßrückleitung zur Quelle des flüssigen Aerosols verbunden werden. Die Einheit nach F i g. 3 kann mit einem Durchmesser gebaut werden, der ungefähr dem Doppelten des Durchmessers des Kanals selbst ohne eine wesentliche Vergrößerung der Länge entspricht.

F i g. 4 zeigt schematisch eine Anordnung, die nützlich ist, wenn extrem hohe Spannungen erwünscht sind. Hier ist der Kanal 10 in einen Behälter 67 getaucht, der ein Isolationsölbad enthält. Die rohrförmige Rückflußauslaßleitung 31a ist in diesem Falle schraubenförmig um den Kanal 10 gelegt.

Im allgemeinen sollte, wenn die Auslaßleitung als Rückleitung für das Aerosol verwendet wird, die Gesamtlänge L der Leitung gleich V760 oder größer sein, wobei V die erwünschte Ausgangsspannung in Kilovolt ist und L in Metern gemessen ist. Es hat sich gezeigt, daß die Ausgangsspannung von ungefähr 100 kV auf 150 kV erhöht werden kann, wenn das schraubenförmige Auslaßrohr 31a anstatt eines geraden einzelnen Rohres stromab von der Sammelelektrode verwendet wird.

In den F i g. 5 und 6 ist der Strömungskanal 10 in einer besonderen dielektrischen Kammer 70 in einer Art und Weise gehalten, die ähnlich der Anordnung nach F i g. 3 ist. In Fig.5 bildet jedoch die Kammer 70 eine Reihe lang gestreckter Auslaßkanäle 72, die um den Umfang des Kanals 10 angeordnet sind und an ihren Enden mit Räumen 74 und 75 in Verbindung stehen. Der untere Raum 75 steht mit dem Auslaß 31 des Kanals in Verbindung und dient dazu, den Ausgangsstrom zwischen den Auslaßkanälen 72 zu verteilen, während der obere Raum 74 den Strom von jedem dieser Kanäle aufnimmt und ihn zu einer Auslaßöffnung 77 leitet. Von dort werden die Aerosoldämpfe zur (nicht gezeigten) Flüssigkeitsquelle zurückgeleitet.

Die Leistung eines elektrogasdynamischen Wandlers

mit einem Flüssigkeitsfilm hohen elektrischen Widerstandes auf der Innenwandung seines Kanals entsprechend der Erfindung kann mit den folgenden Formeln beschrieben und berechnet werden:

worin

Isc -

/o ■
L -h -Rl- R₁ -

Voc-

V_L-Pl -

ε₀ =

/se

I₁.

V₁.

P₁. =

*nwx

IottlL) ■ In (M

U,_oIN_oek IJO +R₁JR₁)

Lj λ)

Kurzschlußstrom

Strom, der in die Ionenquelle injiziert wird

Länge des Kanals

Verbraucherstrom

Verbraucherwiderstand

Filmwiderstand

Spannung im offenen Stromkreis

Verbraucherspannung

Verbraucherleistung

absolute Dielektrizitätskonstanic eines freien Raumes

U = Gasgeschwindigkeit
N₀ = Ladungskonzentration in der Ionenquelle
e = elektronische Ladung
k = Teilchenbeweglichkeit

Im allgemeinen wird die Gestaltung des äußeren Auslaßgehäuses oder der Kammer so gewählt, daß eine maximale Strömungsgeschwindigkeit in dem ringmantelförmigen Raum mit einem Minimum an Strömungswiderstand geschaffen wird, während gleichzeitig die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes auf den Innenoberflächen des Auslaßbereiches ermöglicht wird. Wie bereits vorher erwähnt, erleichtert die Bildung eines Flüssigkeitsfilmes an der Innenwand des Auslaßkanals das Ableiten von überschüssigen Ladungen. In diesem Zusammenhang zeigte es sich, daß die Wandler von der Gestalt, wie in F i g. 2 gezeigt, eine erstklassige Leistung bei 60 bis 90 kV ergeben, wobei der ringmantelförmige Auslaßkanal für die umgekehrte Strömung einen Leckstrom von ungefähr 3 bis 5 Mikroampere entstehen läßt. Wenn beliebige der beschriebenen Wandler mit einer flüssigen Aerosolsubstanz hohen Widerstands betrieben werden, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Aerosols nach und nach erhöht, bis der Kurzschlußstrom I_sc stabil wird und örtliche Zusammenbrüche im Kanal (oder Lichtbogenüberschläge) aufhören. Unter diesen Umständen wird der Flüssigkeitsfilm an der Kanalwandung aufgebaut. Außerdem kann, wenn der Kurzschlußstrom sich einmal stabilisiert hat, der flüssige Aerosolstrom durch den Kanal ganz beträchtlich, beispielsweise bis zu 100% vergrößert werden, ohne daß ernsthafte Schwankungen in der Leitung auftreten.

Alkohol wurde bereits als ein geeignetes Aerosolmaterial für die praktische Arbeit mit dem Erfindungsgegenstand genannt und in diese Kategorie können Äthanol und Menthanol und Mischungen dieser Alkohole mit Wasser eingeschlossen werden. Ebenso geeignet sind »Freon 22«, Tetrachlorkohlenstoff, Azeton usw. Die Auswahl des Materials für den Flüssigkeitsfilm kann unter Berücksichtigung der optimalen Ausgangsleistung und unter Berücksichtigung der Tatsache erfolgen, daß die physikalischen Eigenschaften

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des Dampfes, der von der Aerosolflüssigkeit gebildet wird, wichtig ist. Zuerst muß die Viskosität des Materials zur Bildung und Aufrechterhaltung des Flüssigkeitsfilmes auf die Fließmengen und Strömungsgeschwindigkeiten abgestellt sein, mit denen der Wandler arbeiten soll. Zweitens sollte die Leitfähigkeit niedrig genug sein,

10

damit der Widerstand des Filmes gleich oder höher ist als der Ladungswiderstand. Vorzugsweise hat das Filmmaterial dielektrische Werte, die über 3 χ ΙΟ⁶ Volt/ Meter hinausgehen und eine Leitfähigkeit im Bereich zwischen ungefähr 10³ Siemens/Meter 10-⁶ Siemens/ Meter aufweisen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrogasdynamischen Energieumwandlung, bei dem ein Gasstrom in einem stromauf liegenden Bereich eines umgrenzten Strömungsweges durch elektrische Ladungen gleicher Polarität ionisiert und in einem stromab liegenden Bereich des Strömungsweges neutralisiert wird und ein die ionisierten Teilchen abstoßendes Feld längs des Strömungsweges zwischen dem ionisierenden und dem neutralisierenden Bereich aufgebaut wird, wobei in diesem Zwischenbereich entlang des Strömungsweges und in elektrischem Kontakt mit diesem ein Weg hohen elektrischen Widerstandes zur Rückführung der von den ionisierten Teilchen getragenen elektrischen Ladungen zum ionisierenden Bereich aufgebaut wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom für die Ionisierung eine Anzahl von Flüssigkeitsteilchen aufgeprägt erhält und daß diese einen dünnen, den Weg hohen elektrischen Widerstandes darstellenden Flüssigkeitsfilm an der Strömungswegbegrenzung bilden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsfilm durch Vermischung der verdampften Flüssigkeit mit dem Gasstrom gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als verdampf- und kondensierbare Flüssigkeit Alkohol, Kohlenstofftetrachlorid, Azeton, Freon oder eine Mischung von Wasser mit den vorstehend genannten Substanzen verwendet wird.

4. Elektrogasdynamischer Wandler zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Strömungswegbegrenzung stromab des Neutralisationsbereiches für die Ladungen folgt.

5. Elektrogasdynamischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Strömungswegbegrenzung eine Länge aufweist, die größer als die Länge des Bereiches zwischen ionisierendem und neutralisierendem Bereich ist.

6. Elektrogasdynamischer Wandler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß im ionisierten Gasstrom eine dielektrische Feldstärke größer als 3 χ 10⁶ V/m herrscht.

7. Elektrogasdynamischer Wandler nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsfilm einen Widerstand zwischen etwa 10¹³ und 10¹⁶ Ohm/m aufweist.

8. Elektrogasdynamischer Wandler nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Strömungswegbegrenzung eine Länge in Metern hat, die wenigstens etwa gleich einem Sechzigstel des Potentials an der Sammelelektrode in Kilovolt ist.

9. Elektrogasdynamischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite to Strömungswegbegrenzung stromab von der Sammelelektrode den durch die erste Strömungswegbegrenzung gebildeten Strömungskanal ringmantelförmig umgibt und so einen Strömungsweg zur Umlenkung der Strömung in deren Gegenrichtung 6^r> bildet.

10. Elektrogasdynamischer Wandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als zweite Strömungswegbegrenzung eine Reihe von Rohren vorgesehen sind, die sich auf der Außenseite des Strömungskanals im wesentlichen parallel zu dessen Achse erstrecken.

11. Elektrogasdynamischer Wandler nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der ringmantelförmige Strömungsweg eine zentrische, von ihm umschlossene Kammer zur Aufnahme eines elektrischen Verbrauchers aufweist, und daß elektrische Leitungsmittel vorgesehen sind, die von der Sammelelektrode zum Verbraucher führen.

12. Elektrogasdynamischer Wandler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungsweg stromab der Sammelelektrode vorgesehen ist, der den Strömungskanal schraubenförmig umgibt.