DE1130511B

DE1130511B - Hall current generator

Info

Publication number: DE1130511B
Application number: DEA36471A
Authority: DE
Inventors: Richard John Rosa
Original assignee: Avco Corp
Current assignee: Avco Corp
Priority date: 1960-03-28
Filing date: 1961-01-11
Publication date: 1962-05-30

Description

Hall-Stromgenerator Die Erfindung bezieht sich auf einen magnetogasdynamischen Generator (nachstehend abgekürzt MGD-Generator bezeichnet) und insbesondere auf einen Generator der erwähnten Art, bei dem Hall-Ströme zur Leistungserzeugung verwendet werden.Hall current generator The invention relates to a magnetogasdynamic Generator (hereinafter referred to as MGD generator for short) and in particular on a generator of the type mentioned, in which Hall currents are used to generate power will.

Im wesentlichen erzeugen MGD-Generatoren elektrische Leistung durch die Bewegung eines elektrisch leitenden Mediums relativ zu einem Magnetfeld. Das verwendete Medium ist gewöhnlich ein elektrisch leitendes Gas, das von einer Hochtemperatur- und Hochdruckquelle stammt. Aus dieser Quelle strömt das Medium durch den Generator, so daß es infolge seiner Bewegung relativ zum Magnetfeld eine Spannung zwischen gegenüberliegenden Elektroden innerhalb des Generators erzeugt. Das Gas kann zu einer Austrittsstelle, welche einfach die Außenluft sein kann, abgeleitet werden. In weiter ausgebauten Systemen kann das Gas zu einem Rückgewinnungssystem abgeleitet werden, das eine Pumpeinrichtung zur Rückführung des Gases zur Quelle aufweist.In essence, MGD generators generate electrical power through the movement of an electrically conductive medium relative to a magnetic field. That The medium used is usually an electrically conductive gas, which is produced by a high-temperature and high pressure source originates. The medium flows from this source through the generator, so that as a result of its movement relative to the magnetic field there is a voltage between opposite electrodes generated within the generator. The gas can too an exit point, which can simply be the outside air. In more expanded systems, the gas can be diverted to a recovery system which has a pumping device for returning the gas to the source.

Es können mehrere verschiedene Gase verwendet werden, beispielsweise kann das Gas einfach Luft sein oder aus inerten Gasen, wie Helium oder Argon, bestehen. Zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit können die Gase auf eine hohe Temperatur erhitzt und mit einer Substanz versetzt werden, die leicht bei den hohen Betriebstemperaturen des Generators ionisiert wird. Zum Versetzen kann Natrium-, Kalium-, Caesium- oder ein Alkalimetalldampf verwendet werden. Unabhängig von dem verwendeten Gas und der Art der Versetzung bilden die erhaltenen Gase ein Gemisch von Elektronen, positiven Ionen und neutralen Atomen, das zweckmäßig als »Plasma« bezeichnet wird.Several different gases can be used, for example the gas can simply be air or consist of inert gases such as helium or argon. To improve the electrical conductivity, the gases can be heated to a high temperature heated and mixed with a substance that can easily be used at the high operating temperatures of the generator is ionized. Sodium, potassium, cesium or an alkali metal vapor can be used. Regardless of the gas used and the Type of dislocation, the gases obtained form a mixture of electrons, positive Ions and neutral atoms, which is conveniently referred to as "plasma".

Bei einem MGD-Generator üblicher Art strömt Plasma durch ein Magnetfeld, welches senkrecht zur Richtung der Plasmaströmung gerichtet ist. Die Bewegung des elektrisch leitenden Plasmas relativ zu dem Magnetfeld erzeugt eine EMK, die sowohl zur Strömungsrichtung des Plasmas als auch zum Magnetfeld senkrecht ist, wobei der Strom quer zum Feld zwischen gegenüberliegenden Elektroden an den Seiten des Generators fließt. Bei einem solchen Generator findet eine Trennung von positiven und negativen elektrischen Ladungen über die Länge des Plasmastroms statt, wodurch ein Spannungsgradient, der als die »Hall-Spannung« bekannt ist, erzeugt wird, welcher die Längszirkulation des Stromes innerhalb des Generators fördert. Bei einem MGD-Generator üblicher Art verursachen solche Längsströme Energieverluste, welche für den Betrieb des Generators nachteilig sind, so daß verschiedene Anordnungen entwickelt wurden, um ihre Bildung zu verhindern. Es ist jedoch möglich, einen MGD-Generator zu bauen, bei dem die Hall-Spannung, wie dies bei der Erfindung der Fall ist, ausgenutzt werden kann.In a MGD generator of the usual type, plasma flows through a magnetic field, which is directed perpendicular to the direction of the plasma flow. The movement of the Electrically conductive plasma relative to the magnetic field creates an emf that is both is perpendicular to the direction of flow of the plasma as well as to the magnetic field, the Current across the field between opposing electrodes on the sides of the generator flows. With such a generator there is a separation of positive and negative electrical charges take place over the length of the plasma flow, creating a voltage gradient, known as the "Hall voltage", which is the longitudinal circulation of the current within the generator promotes. With an MGD generator of the usual type Such direct currents cause energy losses which are necessary for the operation of the generator are disadvantageous, so that various arrangements have been developed to prevent their formation to prevent. However, it is possible to build an MGD generator in which the Hall voltage, as is the case with the invention, can be used.

Gemäß der Erfindung ist bei einem Hall-Stromgenerator, bei dem ein Plasmastrom als sich durch ein Magnetfeld bewegender Leiter verwendet wird, eine erste Elektrodenanordnung vorgesehen, die sich in elektrischem Kontakt mit dem Plasma zur Aufnahme desjenigen elektrischen Stroms befindet, der quer zum Plasmastrom fließt und durch die Bewegung des Plasmas relativ zum Magnetfeld erzeugt wird, ferner eine zweite Elektrodenanordnung in elektrischem Kontakt mit dem Plasma zur Aufnahme desjenigen zusätzlichen elektrischen Stroms, der in Längsrichtung durch das Plasma fließt und durch einen Hall-Spannungsgradienten erzeugt wird, der innerhalb des Plasmas infolge einer durch den erwähnten Querstromfluß verursachten Trennung elektrischer Ladungen hervorgerufen wird.According to the invention is in a Hall current generator in which a Plasma flow is used as a conductor moving through a magnetic field, a first electrode arrangement is provided which is in electrical contact with the plasma for receiving that electrical current that flows across the plasma stream and is generated by the movement of the plasma relative to the magnetic field, further a second electrode arrangement in electrical contact with the plasma for receiving the same additional electrical current flowing lengthways through the plasma and is generated by a Hall voltage gradient that occurs within the plasma as a result a separation of electrical charges caused by the aforementioned cross-current flow is caused.

Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Generators sind ein Kanal und ein zur Achse dieses Kanals senkrechtes Magnetfeld vorgesehen. Durch die Bewegung des Plasmas durch den Kanal und das Magnetfeld wird eine EMK zwischen den gegenüberliegenden Elektroden induziert, die miteinander verbunden sind, um die Stromzirkulation aufzunehmen, die sowohl quer zum Magnetfeld als auch zur Richtung der Plasmaströmung verläuft. Die Endelektroden, d. h. die ersten und letzten Elektroden über die Länge des Kanals, sind mit einer äußeren Last verbunden, wodurch eine Zirkulation des Hall-Stroms in Längsrichtung durch das Plasma und den Lastkreis ermöglicht wird. Die Anordnung der Elemente ist nicht nur ziemlich einfach und wirksam, sondern setzt auch die Wärmeverluste und die inneren Reibungsverluste auf ein Mindestmaß herab, wie nachstehend erläutert wird. Ferner vereinfacht die Geometrie die Erzeugung eines starken Magnetfeldes durch den Kanal des Generators. Zur Unterscheidung dieser Generatorbauart von einem MGM-Generator üblicher Art wird sie nachstehend als »Hall-Stromgenerator« bezeichnet.According to a further feature of the generator according to the invention are a channel and a magnetic field perpendicular to the axis of this channel are provided. By the movement of the plasma through the channel and the magnetic field becomes an emf between the opposing electrodes that are connected to each other record the current circulation, which is both transverse to the magnetic field and even runs in the direction of the plasma flow. The end electrodes, i.e. H. the first and last electrodes along the length of the duct, are connected to an external load, causing the Hall current to circulate longitudinally through the plasma and the Load circuit is enabled. Not only is the arrangement of the elements pretty straightforward and effective, but also sets the heat losses and the internal friction losses to a minimum, as explained below. It also simplifies the Geometry the creation of a strong magnetic field through the channel of the generator. To distinguish this type of generator from a MGM generator of the usual type hereinafter referred to as the "Hall current generator".

Aus dem Vorangehenden ergibt sich, daß ein Hauptziel der Erfindung in der Schaffung eines verbesserten Hall-Stromgenerators besteht.From the foregoing it can be seen that a primary object of the invention is to provide an improved Hall current generator.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines Hall-Stromgenerators, der elektrische Leistung von hoher Spannung mit hohem Wirkungsgrad erzeugen kann.Another object of the invention is to provide a Hall current generator, which can generate high voltage electrical power with high efficiency.

Weitere Ziele der Erfindung bestehen in der Schaffung eines Generators, der gekennzeichnet ist durch a) verringerten Wärmeverlust an die unmittelbare Umgebung; b) verringerte innere Reibungsverluste; c) ein starkes Magnetfeld über ein beträchtliches Volumen des Generators.Further objects of the invention are to provide a generator, which is characterized by a) reduced heat loss to the immediate surroundings; b) reduced internal friction losses; c) a strong magnetic field over a considerable Volume of the generator.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese nachfolgend in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung eines MGM-Generators üblicher Art und Fig.2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hall-Stromgenerators.For a better understanding of the invention, it will be used in conjunction below described in more detail with the drawing, namely Fig. 1 shows a schematic representation an MGM generator of the usual type and FIG. 2 a schematic representation of a Hall current generator according to the invention.

Zum besseren Verständnis der Erfindung werden die Hauptgrundsätze von MGM-Generatoren vorausgeschickt. Wie gezeigt, weist der Generator nach Fig. 1 einen sich verjüngenden, allgemein mit 1 bezeichneten Kanal auf, in den ein elektrisch leitendes Plasma von hoher Temperatur und hohem Druck, wie durch den Pfeil 2 angegeben, eingeleitet wird und aus dem es, wie durch den Pfeil 3 angegeben; austritt. Der Druck am Auslaß des Kanals ist niedriger als an seinem Einlaß, so daß sich das Plasma mit hoher Geschwindigkeit durch den Kanal bewegt, wie durch den Pfeil 4 angegeben. Durch eine geeignete Wahl der Druckdifferenz und der Gestalt des Kanals kann erreicht werden, daß das Plasma sich durch den Kanal mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit bewegt, was für den Betrieb des Generators wünschenswert, wenn auch nicht notwendig ist. Der Kanal ist außen von einem kontinuierlichen elektrischen Leiter in Form einer Wicklung 5 umgeben, der ein in einer Richtung fließender elektrischer Strom von einer beliebigen Stromquelle oder vom Generator selbst zugeführt werden kann. Durch das Fließen eines elektrischen Stromes durch die Wicklung wird ein Magnetfluß durch den Kanal erzeugt, der zur Richtung der Plasmaströmung und zur Ebene des Zeichnungspapiers senkrecht ist.In order to better understand the invention, the main principles are sent ahead by MGM generators. As shown, the generator according to Fig. 1 has a tapered channel, generally designated 1, into which an electrically conductive plasma of high temperature and high pressure as indicated by arrow 2, is initiated and from which it, as indicated by arrow 3; exit. Of the Pressure at the outlet of the channel is lower than at its inlet, so that the plasma moved at high speed through the channel as indicated by arrow 4. A suitable choice of the pressure difference and the shape of the channel can be achieved be that the plasma moves through the channel with a substantially constant Moving speed, though desirable for the operation of the generator is not necessary. The duct is outside by a continuous electrical Surrounding conductor in the form of a winding 5, which is a unidirectional electrical Electricity can be supplied from any power source or from the generator itself can. The flow of an electric current through the winding creates a magnetic flux created by the channel leading to the direction of plasma flow and to the plane of the drawing paper is perpendicular.

Innerhalb des Kanals sind einander gegenüberliegende Elektroden 6 und 7 vorgesehen. Diese Elektroden können sich längs der Innenseite des Kanals par- i allel zur Richtung der Plasmabewegung erstrecken und können, einander gegenüberliegend, auf einer zur Richtung der Plasmabewegung und des Magnetflusses senkrechten Achse angeordnet sein. Durch die hohe Geschwindigkeit der Bewegung des elektrisch leitenden Plasmas wird eine in einer Richtung wirkende EMK zwischen den Elektroden induziert, wie durch die Pfeile 8 angedeutet. Die Elektroden 6 und 7 sind durch Leiter 9 mit einer Last 10 verbunden, durch welche elektrischer Strom unter dem Einfluß der zwischen den Elektroden induzierten EMK fließt.Opposing electrodes 6 are located within the channel and 7 provided. These electrodes can par- i allel to the direction of the plasma movement and can, opposite each other, on an axis perpendicular to the direction of plasma movement and magnetic flux be arranged. Due to the high speed of movement of the electrically conductive In the plasma, a unidirectional EMF is induced between the electrodes, as indicated by the arrows 8. The electrodes 6 and 7 are connected by conductors 9 connected to a load 10, through which electrical current under the influence of the between EMF induced by the electrodes flows.

Da Elektronen leichter sind als Ionen und daher eine höhere Beweglichkeit haben, führen sie im allgemeinen den größten Teil des Stromes in einem MGM-Generator. Da die durch das Magnetfeld ausgeübten Kräfte auf die Stromträger ausgeübt werden, nehmen die Elektronen natürlich die meisten der infolge ihrer Bewegung im Magnetfeld entstehenden Kräfte auf.Because electrons are lighter than ions and therefore have a higher mobility they generally carry most of the current in an MGM generator. Since the forces exerted by the magnetic field are exerted on the current carriers, The electrons naturally take up most of the as a result of their movement in the magnetic field resulting forces.

Wie erwähnt, wird zwischen den Elektroden durch das Querprodukt der Geschwindigkeit des Plasmas und des Magnetfeldes ein Elektronenstrom induziert. Das Magnetfeld wirkt auf den Strom und erzeugt eine Kraft, welche das Bestreben hat, die Bewegung der Elektronen in Längsrichtung des. Kanals mit dem Rest des Plasmas zu verzögern. Da die Ionen andererseits eine viel größere Masse haben als die Elektronen, nehmen sie bei ihrer Bewegung im Magnetfeld nur kleine Kräfte auf, und es besteht bei ihnen die Neigung, daß sie mit dem Plasma unterstromseitig mitgenommen werden. Es findet daher eine Trennung der Ladungen statt, die zur Erzeugung eines elektrischen Feldes in Längsrichtung des Kanals führt. Dieses Längsfeld wird häufig als »Hall-Feld« bezeichnet, da die hierbei auftretenden Erscheinungen ähnlich denjenigen sind, die zu dem sogenannten »Hall-Effekt« führen, der vor einiger Zeit in festen Leitern beobachtet wurde. Die mit dem »Hall-Feld« verbundene Spannung kann als »Hall-Spannung« bezeichnet werden.As mentioned, between the electrodes through the cross product of the The speed of the plasma and the magnetic field induces a current of electrons. The magnetic field acts on the current and creates a force which the aspiration has, the movement of the electrons in the longitudinal direction of the. Channel with the rest of the plasma to delay. On the other hand, since the ions have a much greater mass than the electrons, they only absorb small forces when they move in the magnetic field, and it persists with them the tendency that they are carried along with the plasma downstream side. There is therefore a separation of the charges that lead to the generation of an electrical charge Field leads in the longitudinal direction of the channel. This longitudinal field is often called the "Hall field" because the phenomena occurring here are similar to those that lead to the so-called "Hall effect" that occurred some time ago in fixed conductors was observed. The voltage associated with the "Hall field" can be called "Hall voltage" are designated.

Die auf die Elektronen wirkenden Kräfte werden durch sie auf den Rest der Plasmateilchen durch Zusammenstöße übertragen. Ferner wird die Bewegung der Plasmateilchen durch Zusammenstoß mit den Ionen verzögert, welche, obwohl sie mit dem Rest des Plasmas unterstromseitigmitgenommen werd'en, durch das elektrische Feld gehalten werden, das zwischen ihnen und den oberstromseitigen Elektronen besteht. Durch die Überwindung der aus Zusammenstößen mit den Ionen und Elektronen entstehenden Kräfte leistet das Plama Arbeit. Dies ist ein Verhalten, wie es in einer Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Leistung zu erwarten ist.The forces acting on the electrons are transferred to the rest of them of the plasma particles transferred by collisions. Furthermore, the movement of the Plasma particles are delayed by colliding with the ions, which although they are with the rest of the plasma are entrained downstream by the electrical Field that exists between them and the upstream electrons. By overcoming the resulting from collisions with the ions and electrons Forces the plasma does work. This is behavior as it does in a device to generate electrical power is to be expected.

Der Gedanke der Ausnutzung der Hall-Spannung in einem Generator ist, generell gesehen, nicht neu: die USA.-Patentschrift 2 210 918 beschreibt eine frühe Form eines Hall-Generators. Bei der in der genannten Patentschrift beschriebenen Vorrichtung treten jedoch hohe Verluste sowohl durch innere Reibung als auch thermische Verluste wegen des hohen Verhältnisses der Oberfläche zum Volumen des ringförmigen Strömungskanals auf, durch welchen das Arbeitsmedium hindurchtritt. Wenn berücksichtigt wird, daß die elektrische Leitfähigkeit des Mediums von seiner hohen Temperatur abhängt, ergibt sich ohne weiteres, daß eine nach der vorerwähnten USA.-Patentschrift gebaute Vorrichtung durch hohe Wärmeverluste infolge der verhältnismäßig großen Oberflächen gekennzeichnet ist. Ferner ist eine Ringformgeometrie eine schwierige Geometrie zur Erzeugung eines starken Magnetfeldes über ein beträchtliches Volumen, das von entscheidender Bedeutung für den praktischen Generatorbetrieb ist. Wie nachstehend erläutert wird, wurde durch die Erfindung eine neuartige Generatorform geschaffen, bei der die vorerwähnten Nachteile nicht vorliegen.The idea of using the Hall voltage in a generator is, generally speaking, not new: U.S. Patent 2 210 918 describes an early one Shape of a Hall generator. In the case of the one described in the cited patent However, the device experiences high losses due to both internal friction and thermal Losses due to the high surface area to volume ratio of the annular Flow channel through which the working medium passes. If taken into account that the electrical conductivity of the medium depends on its high temperature depends, it is readily apparent that one according to the aforementioned U.S. Patent built device due to high heat losses due to the relatively large Surfaces is marked. Furthermore, a ring shape geometry is a difficult one Geometry for generating a strong magnetic field over a considerable Volume, which is of crucial importance for the practical generator operation. As follows is explained, a novel generator form was created by the invention, in which the aforementioned disadvantages do not exist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Hall-Stromgenerator ist ein sich verjüngender Kanal 11 vorgesehen, in den bei 12 ein elektrisch leitendes Plasma von hoher Temperatur und mit hohem Druck eingeleitet wird und aus dem das Plasma bei 13 austritt. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Generator ist benachbart dem Generator eine kontinuierliche Wicklung 14 vorgesehen, durch die Strom von einer beliebigen Quelle üblicher Art oder vom Generator selbst fließen kann, um einen Magnetfluß durch den Kanal senkrecht zur Richtung der Plasmaströmung und zur Ebene des Zeichenpapiers zu erzeugen. An der oberen und an der unteren Wand des Kanals ist von diesen elektrisch isoliert eine Anzahl Elektroden befestigt. Diese können in gegenüberliegenden Paaren längs Achsen angeordnet sein, die sowohl zur Richtung der Plasmaströmung als auch zum Magnetfluß senkrecht sind. Die gegenüberliegenden Elektroden sind mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet, wobei sich die einzelnen Elektroden durch den Zusatz eines Buchstabens zur Zahl voneinander unterscheiden. Beispielsweise sind die Elektroden 15 a und 15 b auf gegenüberliegenden Seiten des Kanals ähnlich wie die Elektroden 16a, 16b bis 23a, 23b angeordnet. Die einander jeweils gegenüberliegenden zwei Elektroden können durch elektrische Leiter 24 bis 32 miteinander verbunden sein. Die Endpaare der Elektroden 15 a, 15b und 23a, 23b können als »Endelektroden« bezeichnet werden und sind über Leitungen 33 mit einer Last bzw. mit einem Verbraucher 34 verbunden.In the Hall current generator shown in FIG. 2, a tapering channel 11 is provided, into which an electrically conductive plasma of high temperature and pressure is introduced at 12 and from which the plasma emerges at 13. As with the generator shown in Fig. 1, a continuous winding 14 is provided adjacent the generator through which current from any source of conventional type or from the generator itself can flow to create a magnetic flux through the channel perpendicular to the direction of plasma flow and to the plane of the To produce drawing paper. A number of electrodes are attached to the upper and lower walls of the channel in an electrically insulated manner therefrom. These can be arranged in opposing pairs along axes that are perpendicular to both the direction of plasma flow and the magnetic flux. The opposing electrodes are denoted by the same reference number, the individual electrodes being distinguished from one another by the addition of a letter to the number. For example, the electrodes 15 a and 15 b are arranged on opposite sides of the channel similar to the electrodes 16 a, 16 b to 23 a, 23 b. The two electrodes lying opposite one another can be connected to one another by electrical conductors 24 to 32. The end pairs of electrodes 15a, 15b and 23a, 23b may be referred to and are connected via lines 33 to a load or to a load 34 as a "terminal electrodes."

Wie erwähnt, tritt eine Ladungstrennung und ein Spannungsgradient in Längsrichtung der Plasmaströmung auf. Das Vorhandensein des Gradienten ist durch das Pluszeichen 35 unterstromseitig und das Minuszeichen 36 oberstromseitig des Plasmas angezeigt. Die Spannungsdifferenz zwischen dem unterstromseitigen und dem oberstromseitigen Bereich der Plasmaströmung kann mehrere tausend Volt in einem offenen Stromkreis (Leitung 33 von der Last 34 getrent) betragen.As mentioned, there is a charge separation and a voltage gradient in the longitudinal direction of the plasma flow. The presence of the gradient is through the plus sign 35 downstream and the minus sign 36 upstream of the Plasmas displayed. The voltage difference between the downstream and the Upstream area of the plasma flow can be several thousand volts in one open circuit (line 33 separated from load 34).

Der Stromfluß j" parallel zur Plasmaströmung, der durch die strichpunktierten Linien 40 in Fig. 2 angedeutet ist, kann aus der folgenden Gleichung bestimmt werden: wobei = skalare Leitfähigkeit des Plasmas, S2 = arr, <o = Zyklotronfrequenz der Elektronen in Radian je Sekunde, = mittlere Laufzeit der Elektronen zwischen Zusammenstößen mit Plasmateilchen in Sekunden, B = Stärke des Magnetfeldes, E, = Spannungsgradient zwischen Elektroden quer zur Plasmaströmung, E, = Hall-Spannungsgradient in Längsrichtung durch die Plasmaströmung, u = makroskopische Geschwindigkeit der Plasmaströmung (die Werte für oi und z für ein gegebenes Plasma werden durch die Verwendung der Richtlinien berechnet, die in »Physics of Fully Ionized Gases« von Lyman Spitzer, jr., Interscience Publishers, Inc., 1956, und in anderen einschlägigen Standardwerken gegeben sind).The current flow j "parallel to the plasma flow, which is indicated by the dash-dotted lines 40 in FIG. 2, can be determined from the following equation: where = scalar conductivity of the plasma, S2 = arr, <o = cyclotron frequency of the electrons in radians per second, = mean transit time of the electrons between collisions with plasma particles in seconds, B = strength of the magnetic field, E, = voltage gradient between electrodes across the plasma flow, E, = Hall voltage gradient in the longitudinal direction through the plasma flow, u = macroscopic velocity of the plasma flow (the values for oi and z for a given plasma are calculated using the guidelines given in "Physics of Fully Ionized Gases" by Lyman Spitzer, jr., Interscience Publishers, Inc., 1956, and in other relevant standard works).

Hierbei ist zu erwähnen, daß, wenn der Querelektronenstrom nicht fließen kann (d. h. wenn sich die gegenüberliegenden Elektroden in einem offenen Stromkreis befinden), die Elektronen nicht verzögert werden und das Hall-Feld nicht in Erscheinung tritt. Durch die in dem Gas fließenden Ströme ausgedrückt, ist das Hall-Feld wobei j". der Längs- oder »Hall«-Strom und j,, der Quer- oder »Leitungs«-Strom ist. Es kann nun verhindert werden, daß jz nach an anderer Stelle beschriebenen Verfahren fließt und Leistung über den Strom j,, entnimmt, in welchem Falle das Hall-Feld Ex lediglich dazu dient, die Übertragung @,xB-Kräfte von den Elektronen auf die Ionen (und damit auf die neutralen Plasmateilchen) zu unterstützen. Andererseits kann zugelassen werden, daß j, frei fließt (Lastwiderstand Null quer zur »y«-Richtung), so daß das maximale Hall-Feld erhalten wird, und dann Leistung dadurch entnommen werden, daß man den Hall-Strom gegen das Hall-Feld fließen läßt, wobei dieser Strom über eine unterstromseitige Elektrode entnommen, durch die Last geleitet und zur oberstromseitigen Elektrode zurückgeführt wird.It should be mentioned here that when the transverse electron current cannot flow (ie when the opposing electrodes are in an open circuit), the electrons are not delayed and the Hall field does not appear. Expressed by the currents flowing in the gas is the Hall field where j ". is the longitudinal or" Hall "current and j" is the transverse or "line" current. It can now be prevented that jz flows according to the method described elsewhere and that power is transferred via the current j, , in which case the Hall field Ex only serves to support the transfer of @, xB forces from the electrons to the ions (and thus to the neutral plasma particles) .On the other hand, j, can be allowed to flow freely ( Load resistance zero across the "y" direction), so that the maximum Hall field is obtained, and then power can be extracted by allowing the Hall current to flow against the Hall field, this current being extracted via an electrode on the downstream side , passed through the load and returned to the upstream electrode.

Wegen der Jouleschen Erwärmung, die zu dem Produkt aus dem Quadrat des Stromflusses und dem Kehrwert der Leitfähigkeit des Plasmas proportional ist, ist es zweckmäßig, den Generator mit einer verhältnismäßig hohen Hall-Spannung und einem verhältnismäßig geringen Stromfluß zu betreiben. Für einen hohen Wirkungsgrad müssen die Bedingungen zu einem großen Hall-Effekt führen, d. h., (o" müssen groß, vorzugsweise größer als 3 sein.Because of Joule heating, which is the product of the square the current flow and the reciprocal value of the conductivity of the plasma is proportional, it is advisable to run the generator with a relatively high Hall voltage and to operate a relatively low current flow. For a high level of efficiency the conditions must lead to a large Hall effect, i. h., (o "must be large, preferably greater than 3.

Durch die Anordnung der Elektroden an den entgegengesetzten Seiten eines im wesentlichen zylindrischen Kanals und die Verbindung der Last mit den Endelektroden kann eine Grundform erzielt werden, die einen hohen Wirkungsgrad ergibt, was in der Hauptsache dadurch erreicht wird, daß der Wärmeverlust durch die Außenwände des Kanals auf ein Mindestmaß herabgesetzt ist. Dies ist die Folge der idealen Gestaltung eines Generators der beschriebenen Art, bei welchem sich die Strömungsquerschnittfläche durch den Kanal einem Kreis annähert und das Länge-Durchmesser-Verhältnis kleiner als 20:1, vorzugsweise kleiner als 10: 1 gemacht werden kann. Auf diese Weise ist der Oberflächenbereich des Generatorkanals für eine gegebene Massenströmung des Plasmas auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Die Bedeutung der Herabsetzung des Wärmeübergangs durch die Wände auf ein Mindestmaß wird sofort erkennbar, wenn berücksichtigt wird, daß das Plasma dem Generator mit einer Temperatur von vorzugsweise über 3100° C zugeführt wird.By arranging the electrodes on opposite sides of a substantially cylindrical channel and connecting the load to the end electrodes, a basic shape can be achieved which gives high efficiency, which is mainly achieved by the loss of heat through the outer walls of the channel is reduced to a minimum. This is the result of the ideal design of a generator of the type described, in which the flow cross-sectional area through the channel approaches a circle and the length-diameter ratio can be made smaller than 20: 1, preferably smaller than 10: 1. In this way, the surface area of the generator channel for a given mass flow of the plasma is reduced to a minimum. The importance of reducing the heat transfer through the walls to a minimum is immediately apparent if it is taken into account that the plasma is fed to the generator at a temperature of preferably above 3100 ° C.

Zur Aufnahme ebener Elektroden ist es zweckmäßig, einen Kanal von rechteckiger Gestalt zu verwenden, was im Rahmen der Erfindung ohne weiteres möglich ist.To accommodate flat electrodes, it is advisable to use a channel from to use rectangular shape, what within the scope of the invention without further is possible.

Die im wesentlichen rohrförmige Gestalt des Kanals vereinfacht die Erzeugung eines starken Magnetfeldes quer zur Richtung der Plasmaströmung. Im Gegensatz zu einer Ringform können die Magnetfeldwicklungen leicht parallel zu und längs der gesamten Länge des Kanals angeordnet werden, um ein starkes Feld über das volle Innenvolumen des Kanals zu erzeugen. Wie in Verbindung mit der Beschreibung des MGD-Generators üblicher Art erläutert, wird durch die Bewegung des elektrisch leitenden Plasmas relativ zum Magnetfeld eine EMK zwischen den gegenüberliegenden Elektroden erzeugt. Die diese Elektroden verbindenden Leiter bilden geschlossene Stromkreise, so daß Strom quer zum Kanal zwischen den Elektroden fließen kann. Dieser Strom verursacht eine Elektronenbewegung und eine Hall-Spannung in der bereits beschriebenen Weise. Die Relativbewegung von Elektronen entgegengesetzt zur Bewegung der Plasmaströmung und gegen das verzögernde elektrische Feld infolge des Lastwiderstandes ergibt die gewünschte Generatorwirkung.The substantially tubular shape of the channel simplifies the Generation of a strong magnetic field perpendicular to the direction of the plasma flow. In contrast The magnetic field windings can easily be parallel to and along the entire length of the duct can be arranged to create a strong field across the full Generate internal volume of the channel. As in connection with the description of the MGD generator of the usual type is explained by the movement of the electrically conductive Plasma creates an emf between the opposing electrodes relative to the magnetic field generated. The conductors connecting these electrodes form closed circuits, so that current can flow across the channel between the electrodes. This current causes an electron movement and a Hall voltage in the manner already described. The relative movement of electrons opposite to the movement of the plasma flow and against the retarding electric field due to the load resistance gives the desired generator effect.

Wegen des Spannungsabfalls an den Elektroden ist der Siromfluß quer zum Generator nicht völlig unbehindert. Wenn jedoch die in der Plasmaströmung zwischen den gegenüberliegenden Elektroden entwickelte EMK im Vergleich zum Elektrodenspannungsabfall groß ist, wird der Widerstand geringfügig. Es kann dies dadurch erreicht werden, daß die Plasmageschwindigkeit u und das Magnetfeld B groß gemacht werden, da die erzeugte EMK quer zur Gasströmung eine Funktion dieser Größen ist. Die EMK zwischen den Elektroden ist ebenfalls eine Funktion des Abstandes zwischen den Elektroden, der verhältnismäßig groß gehalten werden soll. Auf diese Weise kann eine EMK in der Größenordnung von 1000 Volt erzielt werden, und da der Gesamtspannungsabfall für beide Elektroden klein gemacht, beispielsweise in der Größenordnung von 10 bis 20 Volt gehalten werden kann, können die Elektrodenverlus-te vernachläsigbar gemacht werden.Because of the voltage drop across the electrodes, the flow of sirom across the generator is not completely unhindered. However, if the emf developed in the plasma flow between the opposing electrodes is large compared to the electrode voltage drop, the resistance becomes small. This can be achieved by making the plasma velocity u and the magnetic field B large, since the emf generated across the gas flow is a function of these quantities. The EMF between the electrodes is also a function of the distance between the electrodes, which should be kept relatively large. In this way, an emf on the order of 1000 volts can be achieved and since the total voltage drop for both electrodes can be made small, for example kept on the order of 10 to 20 volts, the electrode losses can be made negligible.

Infolge des Umstandes, daß die Leistung aus dem Generator durch die Endelektroden entnommen wird und daß der Strom in Längsrichtung durch den gesamten Querschnitt der Plasmaströmung fließt, ist es möglich, die Endelektroden in Form von Ringen auszubilden, wie schematisch durch die gestrichelten Linien 37 und 38 angedeutet. Wenn ringförmige Elektroden verwendet werden, können die Leitungen 24 und 32 weggelassen werden, da der Strom aus der Plasmaströmung zu allen Teilen der Ringelektroden und damit zur Leitung 33 fließen kann.As a result of the fact that the power from the generator by the End electrodes is removed and that the current is longitudinally through the entire Cross section of the plasma flow flowing, it is possible to shape the end electrodes of rings, as shown schematically by the dashed lines 37 and 38 indicated. If annular electrodes are used, leads 24 and 32 are omitted as the flow from the plasma flow to all parts of the Ring electrodes and thus to line 33 can flow.

Obwohl der Einfachheit halber in Fig. 2 ein linearer Generator gezeigt ist, d. h. ein Generator, bei welchem der Kanal durch lineare Elemente begrenzt ist, ist es für den Fachmann ohne weiteres möglich, dem Kanal innerhalb des Rahmens der Erfindung eine gekrümmte Gestalt zu geben. Selbst bei einem gekrümmten Kanal ist es möglich, ein optimales Verhältnis der Länge zum Durchmesser zu erzielen.Although a linear generator is shown in FIG. 2 for the sake of simplicity is, d. H. a generator in which the channel is limited by linear elements is, it is easily possible for the person skilled in the art, the channel within the frame to give the invention a curved shape. Even with a curved canal it is possible to achieve an optimal ratio of length to diameter.

Obwohl Hall-Ströme bei einem MGD-Generator üblicher Art als nachteilig betrachtet werden können, ist es durch die Anwendung der durch die Erfindung gegebenen Lehren möglich, einen brauchbaren Generator zu bauen, bei welchem die Hall-Ströme eine nutzbare Leistung erzeugen.Although Hall currents are common in an MGD generator as a disadvantage can be viewed, it is through the application of the given by the invention Lessons possible to build a usable generator in which the Hall currents generate usable power.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Hall current generator in which a plasma current is used as a conductor moving through a magnetic field, characterized in that a first electrode arrangement (16a, 16b to 22a, 22b) is provided which is in electrical contact with the Plasma for receiving that electrical current that flows across the plasma stream and is generated by the movement of the plasma relative to the magnetic field, and a second electrode arrangement (37, 38 or 15a, 15 b, 23 a, 23 b) is provided, which is is in electrical contact with the plasma to absorb that additional electrical current which flows in the longitudinal direction through the plasma and which is generated by a Hall voltage gradient which is caused within the plasma as a result of a separation of the electrical charges caused by the aforementioned cross-current flow.

2nd generator according to claim 1, characterized in that the first electrode arrangement by a plurality of electrodes is formed, which are spaced along one in the arranged essentially in the longitudinal direction erstzeckenden channel (11) for the plasma flow are.

3. Generator according to claim 2, characterized in that said plurality of electrodes of the first electrode array in opposing pairs on axes is arranged; which are substantially perpendicular to both the direction of plasma flow as well as to the magnetic field, with the electrodes of each opposing pair are electrically connected to each other.

4. Generator according to one of claims 1 to 3, characterized in that the second electrode arrangement is formed by at least one end electrode (37 or 23 a) which is arranged upstream of the area in which said cross-current flows, and by at least one end electrode (38 or 15 a), which is arranged downstream of the mentioned area.

5. Generator according to claim 4, characterized in that the upstream side and the downstream end electrode is electrically connected to each other through a load (34) are so that they are excited by the Hall current.

6. Generator according to claim 4 or 5, characterized in that; that a pair (15 a, 15 b; 23 a, 23 b) of the end electrodes is arranged at each of the aforementioned locations, the electrodes of each pair being opposite and electrically connected to one another.

7. Generator according to claim 4 or 5, characterized in that each end electrode (37, 38) is ring-shaped is.