DE1228709B

DE1228709B - Magnetohydrodynamic energy converter

Info

Publication number: DE1228709B
Application number: DES89225A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Erich Gruenwald
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1964-01-25
Filing date: 1964-01-25
Publication date: 1966-11-17

Description

Magnetohydrodynamischer Energiewandler Die Erfindung betrifft magnetohydrodynamische Energiewandler (MHD-Wandler) mit einem Kanal zunehmenden Querschnitts zur Durchleitung eines Plasmas zwischen Elektroden, die in einer elektromagnetisch aktiven Zone des Kanals transversal zu einem angelegten Magnetfeld angeordnet sind. Mit elektromagnetisch aktiver Zone wird die eigentliche Arbeitszone des Kanals bezeichnet, in der bei angelegtem Magnetfeld eine elektrische Feldstärke induziert wird. Solche als Arbeitszonen wirkende aktive Zonen sind beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1308 804 sowie aus den BBC-Mitteilungen von 1962, H. 11, 12, S. 493 ff., zu entnehmen.Magnetohydrodynamic Energy Converter The invention relates to magnetohydrodynamic energy converters Energy converter (MHD converter) with a channel of increasing cross-section for passage a plasma between electrodes in an electromagnetically active zone of the Channel are arranged transversely to an applied magnetic field. With electromagnetic active zone is the actual working zone of the duct in which at applied magnetic field induces an electric field strength. Such as work zones Acting active zones are, for example, from French patent 1308 804 as well as from the BBC reports from 1962, no. 11, 12, p. 493 ff., To be taken.

Unter MHD-Wandlem werden Anlagen verstanden, die bekanntlich nach folgendem Prinzip arbeiten: Legt man senkrecht zu einem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Plasma ein Magnetfeld an, so kann man bekanntlich Elektroden, die senkrecht zum Magnetfeld und zur Strömungsrichtung angeordnet sind, elektrische Leistung entnehmen. Bei einer thermischen lonisierung des geimpften Arbeitsgases, wenn also das Plasma thermisch aufgeheizt bzw. erzeugt wurde - z. B: als Abgas eines Verbrennungsprozesses -, findet somit eine direkte Umwandlung thermischer in elektrische Energie statt. Der Energiewandler arbeitet dann als Generator.Under MHD converters are understood systems that are known to work on the following principle: Place one perpendicular to you at high speed A magnetic field is applied to the flowing plasma, so you can know electrodes that are perpendicular are arranged to the magnetic field and to the direction of flow, draw electrical power. In the case of thermal ionization of the inoculated working gas, i.e. the plasma thermally heated or generated - z. B: as exhaust gas from a combustion process -, a direct conversion of thermal energy into electrical energy takes place. The energy converter then works as a generator.

Zwingt man dagegen den Elektroden einen Strom auf, so kann man ein elektrisch leitendes Medium zwischen den Elektroden hindurchpumpen. Es wird dann elektrische in mechanische Energie umgewandelt, und der Wandler arbeitet als Motor mit der Wirkungsweise einer Pumpe.On the other hand, if you force a current on the electrodes, you can turn on Pump electrically conductive medium through between the electrodes. It will then electrical energy is converted into mechanical energy, and the converter works as a motor with the function of a pump.

Wandler, die nach dem beschriebenen Prinzip als Generatoren arbeiten, werden auch abgekürzt MHD-Generatoren genannt.Converters that work as generators according to the principle described, are also called MHD generators for short.

Um einen MHD-Wandler riäherungsweise rechnerisch zu beherrschen, geht man von den Grundgleichungen aus: Zustandsgleichung, Kontinuitätsgleichung, Bewegungsgleichung und Energiegleichung. Eine genauere Dimensionierung ist möglich, wenn durch Ergänzungen die Nachverbrennung und ihr Einfluß auf die elektrische Leitfähigkeit des Plasmas erfaßt wird. Nach Wahl von vier freien Forderungen lassen sich damit Kanäle für MHD-Wandler entwerfen.In order to be able to computationally master an MHD converter approximately from the basic equations: equation of state, equation of continuity, equation of motion and energy equation. A more precise dimensioning is possible if through additions post-combustion and its influence on the electrical conductivity of the plasma is detected. After choosing from four free claims, channels for Design MHD converters.

Die Durchrechnung ergibt, daß in einem MHD-Generator durch die Formgebung des Generatorkanals die bei einem bestimmten Druckgefälle durch die Wärmespeicherung und die Strömungsgeschwindigkeit im Plasma enthaltene Energie gezielt nutzbar gemacht werden kann. Man gelangt dabei zur Forderung nach sich erweiternden Kanälen verschiedenartiger Formen. Kanäle zunehmenden Querschnitts sind beispielsweise aus der deutschen Auslegeschrift 1130 511 sowie aus der französischen Patentschrift 1308 804 bekannt.The calculation shows that in a MHD generator through the shape of the generator duct due to the heat storage at a certain pressure gradient and the flow rate of the energy contained in the plasma can be used in a targeted manner can be. One arrives at the requirement for widening channels of different types To shape. Channels of increasing cross-section are, for example, from the German interpretative document 1130 511 and from the French patent 1308 804 known.

Führt man für die weiteren Betrachtungen ein kartesisches Koordinatensystem so ein, daß die x-Richtung in Strömungsrichtung und die y- und z-Richtung in der Ebene des Kanalquerschnitts liegen, so ergibt sich bei annähernd als konstant geforderter Elektrodenspannung die wichtige Forderung, daß man das Seitenverhältnis Y im Kanalquerschnitt immer im gleichen Sinne ändern muß, um jeder Volumeinheit des Kanals die maximale Nutzleistung entnehmen zu können.If you use a Cartesian coordinate system for further considerations so that the x-direction in the flow direction and the y- and z-direction in the Lie level of the duct cross-section, the result is an approximately constant requirement Electrode voltage the important requirement that one has the aspect ratio Y in the channel cross-section must always change in the same sense in order to make each volume unit of the channel the maximum To be able to extract useful power.

Allgemein kann man sagen, daß zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades zu einem gewählten Geschwindigkeitsabbau des Plasmas ein bestimmter Abbau von Temperatur, Druck und Dichte erforderlich ist, was gewöhnlich eine mehr als lineare Querschnittsvergrößerung in Richtung der Kanalachse zur Voraussetzung hat.In general, it can be said that to achieve a high degree of efficiency for a selected decrease in the speed of the plasma, a certain decrease in temperature, Pressure and density is required, which is usually a more than linear increase in cross-section in the direction of the channel axis is a prerequisite.

Die starke Querschnittsvergrößerung war bisher in der Praxis ein unüberwindliches Hindernis für den Einsatz trichterförmiger Kanäle mit der errechneten günstigen Form. Die Konstruktion würde zu aufwendig, und die Wärmeverluste wären wegen zu großer Oberflächen untragbar, weshalb man nur relativ kurze Kanäle realisieren konnte. Die nutzbar umgewandelte Energie ist aber in solchen Kanälen gering.The large increase in cross-section was previously an insurmountable one in practice Obstacle to the use of funnel-shaped channels with the calculated favorable Shape. The construction would be too expensive and the heat losses would be due to large surfaces unsustainable, which is why it was only possible to create relatively short channels. However, the usable converted energy is low in such channels.

Ein vereinfachtes Beispiel bei Vernachlässigung der Verluste veranschaulicht die Schwierigkeiten. Bei dem Entwurf eines Kanals für einen MHD-Generator werden zur Vereinfachung auch die Nachverbrennung nicht berücksichtigt und kein Geschwindigkeitsabbau des Plasmas angenommen. Es werden über die Kanallänge konstähtör Elektröderiähstand (y=konstant) und streng konstante Leerlaufspannung gefordert. Soll bei fester Anpassung der Nutzlast an die zwischen den zugeordneten Elektroden liegenden Teilstrecken etwa 201/o der in den Kanal einströmendön Energie in elektrische Nutzleistung umgeformt werden, so ist die Plasmatemperatur bis zum Kanalausgang, bezögen äüf den V-ingäilgswert, auf etwa 77 % äbzubaieü. Dazu muß die Seitenhöhe der Kanalwand in z-Richtung, bezogen auf den Eingangswert, ungefähr exponentiell bis etwa auf den 18fachen Wert anwachsen. Die gesamte Kanallänge xi hängt dabei noch von der. Dichte, der Plasmageschwindigkeit sowie von der Leitfähigkeit des Plasmas und von der magnetischen Induktion am Kanaleingang ab.A simplified example with neglect of losses is illustrated difficulties. When designing a duct for an MHD generator, this will be necessary for the sake of simplicity, post-combustion is also not taken into account and no speed reduction of Plasmas accepted. There are constant electrical resistance over the length of the canal (y = constant) and strictly constant open circuit voltage required. Should be with fixed adjustment the payload on the sections lying between the assigned electrodes about 201 / o of the energy flowing into the duct is converted into useful electrical power the plasma temperature is up to the duct exit, referring to the V-ingäilgswert, to about 77%. For this purpose, the side height of the duct wall must be related in the z-direction to the input value, increase approximately exponentially to approximately 18 times the value. The entire channel length xi still depends on the. Density, the plasma velocity as well as the conductivity of the plasma and the magnetic induction at the channel entrance away.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, den Bau von solchen MHD-Wandlem mit den errechneten, für die Energieumwandlung günstigen, trichterförmigen Kanälen zu ermöglichen. Es wird dazu auf die bekannte Reihenanordnung mehrerer Kanäle mit wachsendem Querschnitt in einer Kaskade zurückgegriffen (USA-Patentschrift 3 099131).The object of the invention is now the construction of such MHD converter with the calculated funnel-shaped channels that are favorable for energy conversion to enable. It is based on the well-known series arrangement of several channels with increasing cross-section in a cascade (USA patent 3 099131).

Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß der Kanal -aktive Zonen finit gleichsinniger Änderung des Seitenverhältnisses und Zonen zum geometrischen Anpassen (Anpassungszonen, Trennzonen) der aktiven Zonen in dem Maße, daß die Seitenverhältnisse von Kanalausgangsquerschnitt und Kanaleingangsquerschnitt aufeinanderfolgender aktiver Zonen einander angenähert reziprok sind, aufweist, Betrachtet man einen Querschnitt, so ist als Seitenverhältnis das Verhältnis der Seitenlänge in Magnetfeldrichtung zur Seitenlänge quer zur Magnetfeld= richtung zu verstehen. Ein wachsendes Seitenverhältnis in den Querschnitten liegt also dann vor, wenn eine Seitenlänge stärker als die Länge der dazu senkrecht liegenden Seiten wächst. Für das bei Mal)-Generatoren bekannte Merkmal des wachsenden Seitenverhältnisses wird dabei kein Elementenschütz begehrt.To solve the problem, the invention provides that the Channel-active zones finite change of the aspect ratio and zones in the same direction for geometrical adjustment (adjustment zones, separation zones) of the active zones in the Dimensions that the aspect ratios of the channel outlet cross-section and channel inlet cross-section successive active zones are approximated reciprocally, has, If you consider a cross-section, the aspect ratio is the Side length in the direction of the magnetic field to the side length across the magnetic field = direction to understand. There is then a growing aspect ratio in the cross-sections before, if a side length is longer than the length of the perpendicular sides grows. For the feature of the increasing aspect ratio known from Mal) generators no element protection is desired.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung werdöii die aufeinanderfolgenden aktiven Zonen gegeneinander um 90° um die gedachte Kanalachse gedreht: Man kommt dann ohne Querschnittsverformung in den Trennzonen aus.According to one embodiment of the invention, the consecutive active zones rotated by 90 ° around the imaginary canal axis: You come then without any cross-sectional deformation in the separation zones.

In den Anpassungszonen können Übergangselektroden angeordnet werden, denen bis zum Kurzschluß Leistung abgestuft entnommen wird, um die Elektrodenfeldstärke und die magnetische Induktion der unmittelbar benachbarten aktiven Zonen abklingen zu lassen und Wirbelströme zu mindern. Im Mittelbereich der inaktiven Kanalzone kann die magnetische Induktion dann praktisch zu Null gemacht werden: Elektrodenfeldstärke und magnetische Induktion werden bei einem bekannten Generator (französische Patentschrift 1315 292) dagegen durch entsprechende Kanalerweiterung und Schwächung des Magnetfeldes zum Kanalende zu abgesenkt.Transition electrodes can be arranged in the adaptation zones, from which power is withdrawn in stages up to the short circuit in order to let the electrode field strength and the magnetic induction of the immediately adjacent active zones decrease and to reduce eddy currents. In the central area of the inactive channel zone, the magnetic induction can then be made practically zero: in a known generator (French patent 1315 292), on the other hand, the electrode field strength and magnetic induction are reduced by appropriate channel widening and weakening of the magnetic field at the end of the channel.

Die Erfindung soll zum besseren Verständnis an Hand der ein Ausführungsbeispiel wiedergebenden Zeichnung näher erläutert werden, F i g. 1 veranschaulicht im Prinzip einen Kanal des MHD-Wandlers nach der Erfindung. Zwischen zwei aktiven Zonen 1 und 3 ist eine Trennzone 2 eingefügt, die relativ kurz sein kann: Die aktiven Zonen trägän ail deti zur z=Richtürig parallelen Wänden z. B. den Wänden 14 uiid 15, Arbeitselektroden, wobei die Elektrodenebene durch die Schraffur gekennzeichnet ist.For a better understanding, the invention will be explained in more detail with reference to the drawing showing an exemplary embodiment, FIG. Fig. 1 illustrates in principle one channel of the MHD converter according to the invention. Between two active zones 1 and 3 a separating zone 2 is inserted, which can be relatively short: The active zones trägän ail deti zur z = right parallel walls z. B. the walls 14 uiid 15, working electrodes, the electrode level is indicated by the hatching.

Die Wände 16 lind 17 mit zier y-Richtung parallelen Erzeugenden sind von den Elektioden elöktrisch isoliert. Sie laufen vom Eingang der Kanalzone bis zum Ausgang nach einer bestimmten berechneten Pünktiän fit ,-Richtung auseinander, um jeder Volumeinheit des Kanals die maximale Nutzleistung, z. B. bei konstanter Elektrodenspannung, zu entnehmen. Da die Änderung des Wandabstandes wie bekannt, in Richtung der x-Achse anwächst, kommt ein Bereich, in dem für jeden Zuwachs an Kanallänge die Kanaloberfläche in unwirtschaftlichem Ausmaße anwächst. Vor diesem Bereich ist die Kanalzone abzubrechen.The walls 16 and 17 are generatrices parallel with ornamental y-direction Electrically isolated from the electrodes. They run from the entrance to the canal zone to the exit after a certain calculated punctuality fit, -direction apart, to each volume unit of the channel the maximum useful power, z. B. at constant Electrode voltage. Since the change in the distance to the wall, as is known, increases in the direction of the x-axis, there is an area in which for each increase Channel length the channel surface increases to an uneconomical extent. Before this Area, the sewer zone is to be broken off.

Da es im betrachteten Fall für die Energieumwandlung nur auf die Änderung des Setenverhältnisses in den Querschnitten der aktiven Zonen ankommt, hat die nächste aktive Zone theoretisch den gleichen Eingangsquerschnitt wie der Ausgangsquerschnitt der vorhergehenden aktiven Zone. Die punktiert eingefügte Trennzone 2 gleicht die Seitenverhältnisse vorn Ausgangsquäischnitt der Zone 1 ulid Querschnitt am Eingang der Zone 3 der benachbarten aktiven Zonen 1 und 3 einander an.Since in the case under consideration only the change in the set ratio in the cross-sections of the active zones is important for the energy conversion, the next active zone theoretically has the same input cross-section as the output cross-section of the previous active zone. The separating zone 2 inserted in dotted lines equals the aspect ratios at the exit cross section of zone 1 and cross section at the entrance of zone 3 of the adjacent active zones 1 and 3.

Die prinzipielle Ansicht von Querschnitt 6 der aktiven Zone 1 nach F i g. 1 gibt F i g. 2 wieder. Die Elektroden 7 sind vor den Wänden 9 angeordnet, durch die Durchführungen 8 zum Anschluß an einen äußeren Stromkreis vorgesehen sind. An die elektrisch isolierenden Wände 10 schließen sich Polschuhe N und S an; über die ein zur Strömungsrichtung transversales Magnetfeld angelegt wird.The basic view of cross section 6 of the active zone 1 according to FIG. 1 gives F i g. 2 again. The electrodes 7 are arranged in front of the walls 9, through which bushings 8 are provided for connection to an external circuit. Pole shoes N and S adjoin the electrically insulating walls 10; via which a magnetic field transverse to the direction of flow is applied.

Die Elektroden der aktiven Zonen sind in x-Richtung auf beiden Seiten in Elektrodensegmente unterteilt, die paarweise zusammenarbeiten.The electrodes of the active zones are on both sides in the x-direction divided into electrode segments that work together in pairs.

In den inaktiven Trennzonen können einige Segmente sogenannter Übergangselektroden mit besonderer Lastanpassung angeordnet werden, um die elektrischen Randeffekte zwischen Eingang und Ausgang benachbarter aktiver Zonen zu. unterdrücken. Solche Randeffekte bedingen Ausgleichsströme, die die abgebbare Nutzleistung an diesen Stellen mindern würden.Some segments of so-called transition electrodes can be located in the inactive separation zones with special load adjustment can be arranged to avoid the electrical edge effects between the entrance and exit of adjacent active zones. suppress. Such Edge effects cause equalizing currents, which the deliverable useful power to this Would reduce jobs.

Wird den Segmenten solcher Übergangselektroden eine eventuell bis zum Kurzschlußbetrieb gestufte Leistung zum Abgleich entnommen, so kann man in den Anpassungszonen die magnetische Induktion und die außen meßbare Feldstärke zwischen den Elektroden allmählich abfallen lassen und hierdurch Wirbelströme vermindern. Bei Verwendung von Hallelektroden in den aktiven Zonen kann man die Segmente der Übergangselektroden einfach paarweise kurzschließen. Es ist zu berücksichtigen, daß die tatsächliche elektrische Feldstärke im Plasma zwischen den Elektroden die Differenz der im Plasma durch das Magnetfeld induzierten Feldstärke und der außen zwischen den Elektroden meßbaren Feldstärke, der Elektrodenfeldstärke, ist. Deshalb ist an den Übergangselektroden durch entsprechende Belastung eine solche Klemmenspannung einzustellen, daß diese proportional zur magnetischen Induktion an der Stelle dieser Übergangselektroden abfällt.Is the segments of such transition electrodes a possibly up for short-circuit operation stepped power taken for adjustment, you can go to the Adaptation zones the magnetic induction and the externally measurable field strength between Gradually let the electrodes fall off and thereby reduce eddy currents. When using Hall electrodes in the active zones, the segments of the Simply short-circuit transition electrodes in pairs. It should be taken into consideration, that the actual electric field strength in the plasma between the electrodes Difference between the field strength induced in the plasma by the magnetic field and that outside The field strength that can be measured between the electrodes, the electrode field strength, is. That's why there is such a terminal voltage at the transition electrodes due to the corresponding load adjust so that this is proportional to the magnetic induction at the point of this Transition electrode drops off.

Bei Generatorbetrieb kann man bekanntlich bei Durchleiten eines ionisierten Gases bzw. Plasmas hoher Geschwindigkeit den Elektroden der aktiven Zonen des MHD-Wandlers elektrische Leistung entnehmen. Das Plasma kann durch Verbrennen von Ölen mit Luft erzeugt werden oder durch die Abwärme von Atomreaktoren. In einer Beschleunigungsdüse kann das Plasma auf hohe Strömungsgeschwindigkeit gebracht werden; bevor es durch den Kanal des MHD-Wandlers geleitet wird. Im Kanal wird die durch Geschwindigkeit und gespeicherte Wärme im Plasma enthaltene Energie in elektrische Energie umgewandelt, die voll den Elektroden abgenommen werden kann.In the case of generator operation, it is known that when passing through an ionized Gas or plasma high speed the electrodes of the active Draw electrical power from zones of the MHD converter. The plasma can be burned are produced by oils with air or by the waste heat from nuclear reactors. In a Acceleration nozzle, the plasma can be brought to high flow speed; before it is routed through the channel of the MHD converter. In the canal it is through Velocity and stored heat in plasma turns into electrical energy Energy converted, which can be fully drawn from the electrodes.

Bei Pumpbetrieb des Wandlers kann einem elektrisch leitenden Medium zusätzlich zur elektrischen Energie außerdem Energie in Form von Wärme zugeführt werden. Dadurch können Temperatur, Druck und Geschwindigkeit in gasförmigen Medien zusätzlich beeinflußt werden. Die zugeführte Wärmeenergie kann z. B. von einem Atomreaktor stammen. Solche im Pumpbetrieb arbeitenden MHD-Waxidler können in bekannter Weise zum Rückpumpen des Arbeitsmediums bei MHD-Generatoren mit geschlossenem Kreislauf verwendet werden. Man kann deshalb den MI3D-Wandler nach der Erfindung auch allgemein als einen Zustandsumformer ansehen.When the converter is pumped, an electrically conductive medium can be used in addition to electrical energy, energy is also supplied in the form of heat will. This allows temperature, pressure and speed in gaseous media can also be influenced. The heat energy supplied can, for. B. from a nuclear reactor come. Such MHD waxers operating in pumping mode can be used in a known manner for pumping back the working medium in MHD generators with closed circuit be used. You can therefore use the MI3D converter according to the invention in general view it as a state converter.

Um Querschnittsverformungen in den Trennzonen zu vermeiden, sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die aufeinanderfolgenden aktiven Zonen gegeneinander um 90° um die gedachte Kanalachse gedreht sind. Die Elektroden liegen dann in verschiedenen Ebenen. Durch das in der Trennzone erreichte günstige Verhältnis von Oberfläche zu ' Volumen werden somit minimale Wärmeverluste und gutes Strömungsverhalten erzielt.To avoid cross-sectional deformations in the separation zones, see an embodiment of the invention that the successive active zones are rotated against each other by 90 ° around the imaginary channel axis. The electrodes are lying then in different levels. Due to the favorable ratio achieved in the separation zone from surface to volume there are minimal heat losses and good flow behavior achieved.

In F i g. 3 ist ein solcher MHD-Wandler mit gedrehten Kanalzonen schematisch dargestellt. Die Elektrodenebene ist jeweils durch Schraffur gekennzeichnet. Die aktiven Zonen haben im Mittelbereich jeweils einen quadratischen Querschnitt; zwischen Ein- und Ausgang ein und derselben aktiven Kanalzone bestehen reziproke Seitenverhältnisse Die aktive Zone 3 ist gegen die aktive Zone 1 um 90° um die Kanalachse gedreht, und das Seitenverhältnis am Eingang der Stufe 3 hat den reziproken Wert des Seitenverhältnisses am Ausgang der Stufe 1, wobei die Seiten in Magnetfeldrichtung, die im- Ausführungsbeispiel die Elektroden tragen, mit a bezeichnet sind. Die Trennzone 2 weist bei einer solchen Bemessung keine geometrische Querschnittsverfoririung auf, gleicht aber, die definitionsgemäßen Seitenverhältnisse von Ausgangs- und Eingangsquer= schnitt zweier benachbarter aktiver Stufen einarider an.: Die Übergangselektroden sind wieder in den Elektrodenebenen der unmittelbar benachbarten ak- tiven Zonen angeordnet zu denken. Sie sind also innerhalb einer Trennzone am Ausgang gegen den Eingang um 90° gedreht.In Fig. 3 such an MHD converter with rotated channel zones is shown schematically. The electrode level is indicated by hatching. The active zones each have a square cross-section in the central area; There are reciprocal aspect ratios between the entrance and exit of one and the same active channel zone The active zone 3 is rotated by 90 ° around the channel axis with respect to the active zone 1, and the aspect ratio at the entrance of stage 3 has the reciprocal value of the aspect ratio at the exit of stage 1, the sides in the direction of the magnetic field which carry the electrodes in the exemplary embodiment are denoted by a. The separation zone 2, in such a design no geometric Querschnittsverfoririung, but similar to that according to the definition aspect ratio of output and input cross = section of two adjacent active stages einarider to .: The transition electrodes are arranged again in the electrode planes of the immediately adjacent ac- tive zones think. They are therefore rotated by 90 ° with respect to the entrance within a separation zone at the exit.

In F i g. 4 ist ein Energiewandler nach der Erfindung mit drei gegeneinandergedrehten aktiven Kanal= zonen dargestellt. Zwischen den aktiven Kanalzonen 1, 3 und 5 liegen die im Sinne der nutzbaren Energieumwandlung inaktiven Kanalzonen bzw. Trennzonen 2 und 4 zum Angleichen der Seitenverhältnisse. In der Trennzone 2 sind zwei Übergangselektröden finit den Segnientpaaren 11 und 12 nur einmal am Eingang angedeutet. Die Segmente jeder Seite sind gegeneinander elektrisch isoliert.In Fig. 4 is an energy converter according to the invention with three rotated against each other active channel = zones shown. Located between the active channel zones 1, 3 and 5 the channel zones or separation zones that are inactive in terms of usable energy conversion 2 and 4 to adjust the aspect ratios. In the separation zone 2 there are two transition electrodes finite the Segnient pairs 11 and 12 only indicated once at the entrance. The segments each side are electrically isolated from each other.

Im Falle des Generatorbetriebs wird den Segmentpaaren der Übergangselektroden bis zum Kurzschluß Leistung abgestuft entnommen, um die Elektrodenfeldstärke und die magnetische Induktion der unmittelbar benachbarten aktiven Zonen abklingen zu lassen und Wirbelströme zu mindern. Im Mittelbereich der inaktiven Kanalzone ist die magnetische Induktion praktisch Null und steigt gegen das Kanalende bei um 90° gedrehter Richtung der Feldstärke wieder an. Ebenso steigt mit Hilfe von um 90° gegenüber dem Zoneneingang gedrehten übergangselektroden die Elektrodenfeldstärke in senkrechter Richtung allmählich bis auf den vollen Wert in der nachfolgenden aktiven Zone an. Dem angedeuteten Segmentpaar 11 wird durch den Widerstand 13 eine gestufte Leistung entnommen, und das Segmentpaar 12 der Übergangselektroden ist kurzgeschlossen. Es versteht sich, daß bei Anordnung mehrerer Segmentpaare als Übergangselektroden beliebig fein gestufte Leistungsentnahme möglich ist. Ebenso kann man die im Generatorbetrieb den Übergangselektroden zu entnehmende Leistung in abgeglichenen Verbrauchern nutzen. Tabelle (Bezeichnung nach F i g. 4) Aktive Kanalzone 1 3 5 Länge [m] 6 3,5 2,5 Wirkungsgrad 6,50/0 6,50/0 6,5010 Zone 1 Zone 3 Zone 5 Eingang I Ausgang I Eingang I Ausgang I Eingang Ausgang Elektrodenabstand [m] .......................... 0,29 0,35 0,48 0,6 0,7 1,2 Elektrodenlänge in Magnetfeldrichtung [m] . . . . . . . . 0,24 0,48 0,35 I 0,7 0,6 1,2 Temperatur ['K] ............................... 3000 2940 2790 2700 Plasmageschwindigkeit [m/s] ..................... 1000 840 660 400 Druck [at] ..................................... 9 4,3 2,1. 1 Will man einen MHD-Generator mit nachgeschaltetem Dampfkraftwerk betreiben, so kann man bei Abbau der Plasmatemperatur und Plasmageschwindigkeit ein Bemessungsbeispiel eines solchen als Generator laufenden MHD-Wandlers nach der Erfindung mit drei aktiven Zonen nach vorstehender Tabelle angeben.In the case of generator operation, power is gradually withdrawn from the segment pairs of the transition electrodes up to the short circuit in order to allow the electrode field strength and the magnetic induction of the immediately adjacent active zones to subside and to reduce eddy currents. In the central area of the inactive channel zone, the magnetic induction is practically zero and increases again towards the end of the channel when the direction of the field strength is rotated by 90 °. Likewise, with the aid of transition electrodes rotated by 90 ° with respect to the zone entrance, the electrode field strength gradually increases in the vertical direction up to the full value in the subsequent active zone. A stepped output is drawn from the indicated pair of segments 11 by the resistor 13, and the pair of segments 12 of the transition electrodes is short-circuited. It goes without saying that when several pairs of segments are arranged as transition electrodes, any finely graduated power extraction is possible. The power to be drawn from the transition electrodes in generator mode can also be used in balanced consumers. Tabel (Designation according to Fig. 4) Active channel zone 1 3 5 Length [m] 6 3.5 2.5 Efficiency 6.50 / 0 6.50 / 0 6.50 10 Zone 1 Zone 3 Zone 5 Input I output I input I output I input output Electrode distance [m] .......................... 0.29 0.35 0.48 0.6 0.7 1.2 Electrode length in the direction of the magnetic field [m]. . . . . . . . 0.24 0.48 0.35 I 0.7 0.6 1.2 Temperature ['K] ............................... 3000 2940 2790 2700 Plasma speed [m / s] ..................... 1000 840 660 400 Pressure [at] ..................................... 9 4.3 2.1. 1 If you want to operate an MHD generator with a downstream steam power plant, you can specify a dimensioning example of such an MHD converter according to the invention with three active zones according to the table above when the plasma temperature and plasma speed are reduced.

Es sind dabei folgende Voraussetzungen getroffen worden: Die Elektrodenspannung ist für jede aktive Kanalzone konstant. Die magnetische Induktion des angelegten Feldes ist konstant und beträgt z. B. 15 Kilogauß.The following requirements have been met: The electrode voltage is constant for each active channel zone. The magnetic induction of the applied Field is constant and is z. B. 15 kilogauss.

Unter Berücksichtigung der Enthalpie und der kinetischen Energie eines Plasmas betrage die Eingangsleistung etwa 500 MW. Über jede aktive Kanalzone sei schließlich das Verhältnis zwischen Abbau der kinetischen und der thermischen Energie konstant.Taking into account the enthalpy and the kinetic energy of a Plasmas, the input power is around 500 MW. Be about every active channel zone and finally the relationship between the dissipation of kinetic and thermal energy constant.

Claims

Claims: input cross-section of successive active Zones are approximated reciprocally, has.

2. Energy converter according to claim 1, characterized in that the successive active zones against each other rotated by 90 ° around the imaginary channel axis.

3. Energy converter according to claim 1 or 2, characterized by transition electrodes in the adaptation zones where due to the corresponding load, a decrease in proportion to the magnetic induction Terminal voltage is set.

4. Energy converter according to claim 3, characterized in that that when using house electrodes, the electrodes in the adaptation zone are in pairs are short-circuited.

5. Energy converter according to one of the preceding claims, characterized in that the active channel zones each have the aspect ratio "one" in the middle of the channel. 1. Magnetohydrodynamic energy converter with a channel of increasing cross-section for the passage of a. Plasmas between electrodes, which are arranged in an electromagnetically active zone of the channel transversely to an applied magnetic field, characterized in that the channel has active zones with a change in the aspect ratio in the same direction and zones for geometrically adapting the active zones to the extent that the aspect ratios of- Duct exit cross-section and ducts-considered documents: German Auslegeschrift No. 1130 511; French Patent Nos. 1308 804, 1315 292; USA: Patent No. 3-099 131; Brown-Boveri-Mitteilungen, No. 11/12, 1962, pp. 493 to 500; Direct Current, 11/1962, pp. 306-307; Book "Magnetoplasmadynamic Electrical Power Generation", edited by "The Institution of Electrical Engineers", London, 1963, p. 21, fig. 3.