DE3421129A1

DE3421129A1 - Verfahren zum erzeugen eines plasmas und ein mhd-generator

Info

Publication number: DE3421129A1
Application number: DE19843421129
Authority: DE
Inventors: Franz 5014 Kerpen Gillissen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-06-07
Filing date: 1984-06-07
Publication date: 1985-12-12
Also published as: JPS61502362A

Description

Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas und
ein MHD-Generator Die Erfindunq betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen MHD-C.enerator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.
Ein MHD-Generator dient zur direkten Erzeuaung elektrischer Leistung aus thermischer Energie ohne mechanisch bewegte Teile. Das hierzu benötigte thermisch ionisierte Gas wird im allaemeinen extern erzeugt und in den MHD-Generator eingespeist. Die zur Aufheizung des Gases benötiate Wärme wird dabei von fossilen Brennstoffen oder Kernreaktoren bereitqestellt. Durch den Hall-Effekt wird senkrecht zur Gasström-und zur Maanetfeldrichtung eine Spannuna induziert, die mit Hilfe von Elektroden abaeariffen werden kann und einem Verbraucher zuführbar ist. Das austretende Gas weist noch eine so hohe Temperatur auf, daß es die Energie für einen normalen Wärmekraftprozeß noch zu liefern vermag. Die Benutzung eines t1HD-G-enerators zur Gewinnung von Eneroie ist daher sehr effektiv.
Die Benutzunq eines MHD-Generators zur Erzeugung elektrischer Leistunq ist derzeit jedoch noch mit aroßen Schwierigkeiten verbunden, da einerseits die Vorrichtunaen zur Aufheizuna des Gases bereitqestellt werden müssen und andererseits die hohen Temperaturen des Plasmas eine starke Beanspruchuna der Materialien bewirken.
Aufaabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bzw.
einen MHD-Generator nach dem Oberbeariff des Anspruchs 1 bzw. 3 zu schaffen, bei denen keine externe Gasplasmaquell benötiqt und die Erzeugung eJektrischer Teistunq in wirtschaftlicher Weise ermöalicht wird.
Diese Aufaabe ist qemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs , bzw. 3 gelöst.
Zur Erzeuqunq eines heißen Plasmas und/oder eines elektrischen Stromes ist hierzu eine Strömunaskammer zwischen zwei Magneten anaeordnet, wobei in der Strömunaskammer zwei aeqenläufiae Gasströmunaen erzeuqt werden, die in etwa schraubenförmige Bahnen um die feldlinien des axialen Maqnetfejde beschreiben und das durch eine Initialzündung, z.B. einen Lichtbooen, oder mit Hilfe von Piasmakanonen erzeugte Plasma in eine Wirbelstrombewequng überführen, wodurch ein Ausgleich der durch das MHD-Prinzip erzeugter EwlK verursacht und eine selbsttätige Aufheizung des Gasplasmas ereicht wird. Insbesondere führt der Pinch-Effekt zu einer Selbstverdichtung des Plasmas, wodurch das Plasma komprimiert und aufqeheizt wird. Weiterhin erzeugt das durch den Ringkanal ausströmende heiße Gas unter Einfluß eines transversalen Maqnetfeldes eine Spannunq, die einem Verbraucher zuführbar oder in das Wirbelstromgebiet der Strömungskammer zur Erreichung sehr hoher Plasmatemperaturen einkoppelbar ist. Ein elektrisch schlecht oder gar nicht leitendes Mediun,z.B. Wasserdampf, kann so direkt zur Stromerzeugung herangezogen werden.
Der MHD-Generator weist somit zur Erzeugung elektrischer Energie einen einfachen Aufbau auf, wobei eine zu hohe Temperaturbelastung der Strömunaskammer durch die separierende Wirkung des relativ kühlen Drallstromes in Verbindung mit dem Pinch-Effekt verhindert wird.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachstehenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügte Abbildung dargestellten Ausführunasbeispiels näher er]äutert.
Der dar(1e-tesllte MHD-C:enerator umfaßt eine kreiszylindrische Strömungskammer 1, die mit einem mittia angeordneten, nach außen führenden Ringspalt 2 versehen ist, wobei zwei Maqnete 3, 4 derart stirnseitig benachbart zur Strömunaskammer 1 anaeordnet sind, daß die Längsachse der Strömungskammer 1 parallel zu den von den Maaneten 3, 4 erzeugten Feldlinien verläuft.
Die Strömungskammer 1 enthält zwei axial anaeordnete Zündelektroden 5 und 6, die sich durch die Maaneten 3 und 4 erstreckend derart in die Strömungskammer eingesetzt sind, daß sie gegenüberliegend und symmetrisch in bezua auf das Zentrum der Strömunaskammer 1 angeordnet sind.
In jedem Endbereich weist die Strömunqskammer 1 C.aszuführungen 7 bzw. 8 auf, deren Austrittsöffnungen tanqential zur zylindrischen Innenwand der Strömungskammer 1 anaeordnet sind, um in jeder Hälfte der Strömunaskammer 1 eine spiralförmige Gas strömung auszubilden. Das über die Gas zuführungen 7 bzw, 8 einqeführte Gas strömt mit hoher Geschwindigkeit und mit entgegengesetztem Umlaufssinn drallförmig in Richtunq Strömunaskammerzentrum. Die Drallstromachse verläuft dabei entlang der Tänasachse der Strömungskammer 1 und paralle] zu den ilaanetfeldlinien der Magneten 3 und 4. In dem Rinaspalt 2, durch den das Plasma fächerartia ausströmt, sind zwei Elektroden 9 und 10 parallel zum radialen Strömunqsverlauf des Plasmas und senkrecht zum Maanetfeld der Maaneten 3 und 4 angeordnet, um eine aufarund des Hall-Effekts induzierte Spannung abstreifen zu können. Für den Zugriff auf diese EMK ist es im allgemeinen notwendig, hochwarmfeste Elektroden zu verwenden. Zur Erzeugung eines Plasmas im Zentrum der Strömungskammer 1 wird das durch die Austrittsöffnungen der Gaszuführungen 7 und 8 austretende Gas hoher Geschwindigkeit im Zentrumsbereich der Strömungskammer 1 mit Hilfe der Zündelektroden 5 und 6, die anfänolich durch einen Zündfaden verbunden sein können, initialaezündet, wodurch das Gas eine Temperatur erreicht, so daß es thermisch ionisiert ist. Zur Durchführuna dieser Initialzündunq sind verschiedene Verfahren anwendbar, wie z.B. die Plasma-oder Marschallkanone oder eine Tesla-Funkenstrecke. Das erzeuqte heiße Gas wird von den qeqenläufiqen Drallströmungen mitgerissen, so daß nach aem MHD-Prinzis eine elektromotorische Kraft induziert wird, die sich durch Rekombinationseffekte innerhalb des Wirbelstrom<iejietc's im Zcntrtin0 der Strömungskammer 1 ausaleicht, wodurch eine weitere Aufheizunq des Gases in diesem Bereich durch EinkoppJuno eines in sich geschlossenen Induktionsstromes innerhalb des Plasmas erreicht wird.
Zur Erzeugung elektrischer Leistung nach dem MHD-Prinzip, die über die Elektroden 9 und 10 abgreifbar ist, braucht nach der anfänalichen Initialzünduna keine weitere Energie in das System hineinaepumpt zu werden, da dem heißen Gas im Wirbelzentrum ständia Energie nach dem maanetoplasmadynamischen Prinzip zuqeführt wird. Das Wirbelstrcmzentrum tist hierbei Mikrowirbel auf, die die Energieerzeugung unterstützen, und ist im Bereich des Ringspalts von einer kreisförmig geschlossenen Spannungskette umgeben. Nach dem Einsetzen des drall stromgetriebenen ASD-Prozesses kann daher die von außen zugesetzte Aufheizenergie zurückgenommen bzw. weggenommen werden, so (laß eine selbtsorganisierte Aufheizung eines Gases erreicht wird, die zur Erzeugung elektrischer Energie führt.
Das ionisierte Gas im Zentrum der Strömungskammer 1 führt eine Drallbewegung aus, d.h. die Ionen und Elektronen des Plasmas beschreiben spiralförmige Bahnen um die Feldlinien des Maanetfeldes der Maaneten 3 und 4. Hierdurch wird ein Plasmastrom induziert, der ein achsenparalleles Magnetfeld erzeugt, das das heiße Gas einschließt, komprimiert und aufheizt. Dieser Prozeß der Selbstverdichtuna durch einen Plasmastrom wird als Pasma-Pinch bezeichnet.
Bei diesem MHD-Generator wird daher auch durch den Pinch-Effekt in Verbindunq mit einer durch den MpD=Prozeß erzeuqten kontinuierlichen Nachheizung die Erfülluna der Kriterien für ein Fusionsplasma möglich.
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Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Erzeuaunq eines Plasmas durch Aufheizung eines strömenden Gases, dadurch qekennzeichnet, daß in einem Strömunaskana] zwei gegenläufige Gasströmunen erzeugt werden derart, daß sie sich drallförmia um die Feldlinien eines axialen äußeren Maanetfeldes auf ein Wirbelstromzentrum beweaen, wo sie mittels einer Initialzünduncr derart aufaeheizt werden, daß nach dem magnetoplasma- bzw.

magnetohydronamischen Prinzip elektrische Energie erzeugt wird, die eine selbstoroanisierte Auf- und Nachheizuna des heißen Gases bewirkt, wobei die Strömungen der aufaeheizten Gase ein achsenparalleles Magnetfeld erzeuaen, das nach dem Pinch-Effekt zu einer Komprimierung und weiteren Aufheizung des Gases zu einem Plasma bzw. heißen Plasma führt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die aus dem Strömunqskanal ausströmenden heißen (;ase nach dem magnetoplasmadynamischen Prinzip erzeugte elektromotorische Kraft in das Wirbelstromzentrum des Strömungskanals eingekoppelt wird.
3. MHD-Generator mit einem Strömungskanal, der eine Gasplasmaquelle aufweist und benachbart zu dem ein Magnet, dessen Magnetfeldrichtung sich senkrecht zur Plasmastromrichtung erstreckt, und zwei Elektroden zum Abgreifen elektrischer Potentiale senkrecht zur Magnetfeld- und Plasmastromrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine kreiszylindrische Strömungskammer (1) zwischen zwei Magneten (3, 4), deren Magnetfeldlinien parallel zur Längsachse der Strömungskammer (1) verlaufen, angeordnet ist, wobei die Strömungskammer (1) axiale Zündelektroden (5, 6) und gegenüberliegende tangentiale Gasführungen (7, 8) zur Erzeugung gegenläufiger Gasströmungen aufweist, die sich drallförmig um die Magnetfeldlinien in Richtung auf die Symmetrieebene senkrecht zur Achse der Strömungskammer (1) bzw. zu den Feldlinien des axialen Magnetfeldes bewegen.
4. MHD-Generator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskammer (1) einen mittig angeordneten umlaufenden Ringspalt (2) aufweist.
5. MHD-Generator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringspalt (2) zwei Elektroden (7, 8) aufweist, die mit den entsprechend geladenen Teilen des Plasmas in Kontakt stehen.
6. MHD-Generator nach einem der Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (5, 6) als Plasmakanonen, die im Gegentakt betreibbar sind, ausgebildet sind.
7. MHD-Generator nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektroden (5, 6) mit einer Zündeinrichtung zur Erzeugung hochenergetischer Zündfunken verbindbar sind.