DE1488431C - Magnetohydrodynamische Einrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetohydrodynamische Einrichtung mit einem Strömungskanal zur Führung eines elektrisch leitenden Gases durch ein Magnetfeld, wobei mindestens ein Teil des Strömungskanals von einer Vielzahl von Platten begrenzt ist, die aus einem wärmebeständigen, nichtmagnetischen und elektrisch leitenden Material bestehen und Verbindungen für ein Kühlmittel aufweisen und einander gegenübergestellt und elektrisch voneinander isoliert sind, sowie mit einer Vielzahl von einander gegenüberstehenden Elektroden, die mit dem Gas in Verbindung stehen, um elektrische Energie fortzuleiten, die durch die Bewegung des Gases relativ zu dem Magnetfeld erzeugt worden ist, wobei an jedem beliebigen vorbestimmten Punkt innerhalb des Strömungskanals ein resultierender Gradient des elektrischen Feldes besteht, der die vektorielle Summe aus einem ersten elektrischen Feldgradienten senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases an irgendeinem vorbestimmten Punkt und aus einem zweiten elektrischen Feldgradienten ist, der parallel zu der Richtung des Gasstromes in diesem vorbestimmten Punkt verläuft.

Zu den MHD-Einrichtungen gehören ganz allgemein auch Beschleuniger heißer Gase. Ein MHD-Beschleuniger ist für alle praktisch vorkommenden Fälle ebenso aufgebaut wie ein MHD-Generator, mit der einen Ausnahme, daß auf die Elektroden eines Beschleunigers elektrische Leistung gegeben wird, während im Falle eines Generators von den gleichen Elektroden elektrische Energie abgeleitet wird.

Es ist bekannt, daß ein wesentlicher Bestandteil eines MHD-Generators der Strömungskanal ist, durch welchen elektrisch leitende Gase bei hoher Temperatur mit hoher Geschwindigkeit strömen. Ein magnetisches Feld ist längs des Strömungskanals angeordnet, dessen Feldlinien vorzugsweise senkrecht zur Richtung des Gasstromes verlaufen.

Da in den MHD-Einrichtungen Potentialdifferenzen vorhanden sind, von denen eine zur Erzeugung eines Nutzausgangs dient, müssen die Wände des Strömungskanals so ausgeführt sein, daß innere Kurzschlüsse der Spannung vermieden werden, damit überhaupt ein Nutzausgang entsteht.

Für MHD-Einrichtungen ist eine Konstruktion des Strömungskanals in der eingangs genannten Weise bekannt, bei welcher Bauteile mit guter Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Oberfläche der Kanalwandung verlaufen.

Diese Bauteile sind elektrisch voneinander isoliert, so daß ein Strom durch die Wand des Kanals und parallel zu seiner Oberfläche nicht fließen kann. Außerdem ist jeder wärmeleitende Bauteil so dimensioniert, daß die Potentialdifferenz an ihm kleiner ist als das Potential, welches erforderlich ist, um einen Lichtbogen von dem Gas zu dem Bauteil zu erzeugen. Auf diese Weise wirkt die gesamte Kanalwandung sowohl hinsichtlich der Elektroden als auch hinsichtlich des ihnen zugeordneten Gasstromes wie ein elektrischer Isolator mit guten Eigenschaften der Wärmeübertragung. Bei der bekannten Ausführungsform des Strömungskanals sind elektrisch isolierte Kühlmittelrohre längs Äquipotentialebenen angeordnet, um eine Kühlung der Wandung des Strömungskanals zu bewirken.

In vielen Fällen können die Rohre annähernd parallel zueinander in der Nähe des Einlasses des Strömungskanals verlaufen, aber die Richtung des Gasstromes in der Nähe des Ausgangs des Strömungskanals kreuzen. Da nun jede der Leitungen oder Rohre längs einer Ebene oder Äquipotentialfläche innerhalb des Gasstromes verläuft, fließt kein elektrischer Strom in Richtung ihrer Längsausdehnung; andererseits befindet sich aber jede der Leitungen auf einem anderen Potential als die anderen Leitungen. Um Kurzschlüsse in den Leitungen durch die Köpfe

ίο hindurch zu verhindern, an welche die Leitungen angekoppelt sind, werden in die Leitungen selbst isolierende Verbindungsstücke eingefügt. Kurzschlüsse zwischen den Leitungen an der Oberfläche des Gasstromes werden durch feuerfestes Material verhindert (siehe z. B. die französischen Patentschriftenl 308 804 und 1358 113).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine magnetohydrodynamische Einrichtung der eingangs genannten Art die Elemente zur Begrenzung des

so Strömungskanals so anzuordnen und auszugestalten, daß die Anzahl der Elektrodenleitungen in erheblichem Umfang reduziert wird, so daß sich ein einfacherer und besserer Aufbau ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Platten jeweils schräg zur Längsachse des Strömungskanals stehen, daß jede einzelne Platte eine mittlere Öffnung aufweist, deren Teile jeweils einen Teil der Elektrodenwände des Strömungskanals bilden, daß jede Platte einen Durchlaß in der Nähe der mittleren Öffnung aufweist, der das Kühlmittel aufnimmt und daß jeweils ein Paar einander gegenüberstehender Elektroden von einer einzelnen Platte an dejti Teilen ihrer zentralen Öffnung gehalten sind. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes weisen sämtliche Platten Dichtungsvorrichtungen auf, die den Durchgang von Gas zwischen den einzelnen Platten verhindern.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Konstruktion so aufzubauen, daß die elektrische Isolation der Platten gegeneinander mit Hilfe eines Werkstoffs vorgenommen ist, der sich zum mindesten zwischen den Teilen der Platten befindet, welche die Durchlässe für das Kühlmittel enthalten, und daß die Dichtungsvorrichtungen zwischen der äußeren Umfangsfläche der Platten und dem elektrischen Isoliermaterial untergebracht sind.

Die neue magnetohydrodynamische Einrichtung nach der Erfindung zeigt als wesentlichsten Vorteil eine sehr viel bessere Kühlung, die es ermöglicht, den Strömungskanal auf einer betriebssicheren Temperatur zu halten. Ein weiterer Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung besteht in der Erleichterung der Montage und der Revision des Strömungskanals.
In der folgenden Beschreibung soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen näher erläutert werden. In der Zeichnung ist

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines MHD-Generators an sich bekannter Bauart, bei dem die Erfindung mit Erfolg angewendet werden kann,

F i g. 2 ein Vektordiagramm, welches den Zusammenhang zwischen Strom, Magnetfeld und Gasgeschwindigkeit in einem MHD-Generator wiedergibt, bei welchem das Hall-Feld vernachlässigbar klein ist, F i g. 3 ein Vektordiagramm, welches den Zusammenhang zwischen den elektrischen Feldern, dem Strom, dem Magnetfeld und der Geschwindigkeit in einem MHD-Generator wiedergibt, in welchem das Hallfeld eine maßgebende Rolle spielt,

Fig. 4 ein Vektordiagramm, welches den Zusammenhang der Vektordiagramme für die elektrischen Felder nach F i g. 3 für einen Teil einer Äquipotentialfläche in dem Strömungskanal eines MHD-Generators wiedergibt,

F i g. 5 eine schematische Darstellung einer MHD-Vorrichtung nach der Erfindung, bei welcher das Hall-Feld eine Rolle spielt und das induzierte Feld relativ gleichförmig ist,

F i g. 6 eine Darstellung einer Gruppe von Platten, die den Strömungskanal einschließen,

F i g. 7 die Ansicht eines Querschnitts nach Linie 7-7 durch die Platten nach Fig. 6,

Fig. 8 eine schematische Teildarstellung unter Weglassung einzelner Teile, die sich auf konstruktive Einzelheiten des Strömungskanals nach F i g. 5 beziehen, und

Fig. 9 die Ansicht eines Querschnitts, teilweise in Seitenansicht, durch eine spezielle Platte.

In Fig. 1 ist ein MHD-Generator mit einem Stromungskanal 1 dargestellt, der einander gegenüberstehende Elektroden 2 und 3 besitzt, die in die äußeren Stromkreise 4 und 5 eingeschaltet sind. Das Äußere des Strömungskanals ist von einer elektrischen Wicklung 6 umgeben, die ihre Energie aus einer Stromquelle V empfängt. Diese Stromquelle kann irgendeine übliche Stromquelle sein, beispielsweise ein Hilfsgenerator (nicht dargestellt) oder der MHD-Generator selbst. Die Stromquelle hat die Aufgabe, ein magnetisches Gleichfeld durch den Strömungskanal hindurch zu erzeugen, das senkrecht zur Papierebene verläuft. Eine Verbrennungskammer 7 liefert einen durch den Pfeil 8 angedeuteten Gasstrom hoher Geschwindigkeit und hoher Temperatur durch den Strömungskanal. Dieser Gasstrom verläßt den Strömungskanal an der Stelle 9. Die Verbrennungskammer kann mit irgendeinem geeigneten Brennstoff betrieben werden, beispielsweise mit Staubkohle oder Brennöl unter Zuhilfenahme eines Mediums zur Unterstützung der Verbrennung, welches Luft, reiner Sauerstoff oder eine Sauerstoff-Stickstoff-Mischung mit einem höheren Sauerstoffgehalt als demjenigen der Luft sein kann. Die Einrichtungen zur Zuführung des Brennstoffs und der Hilfsmittel zur Unterstützung der Verbrennung sind in F i g. 1 bei 10 und 11 angedeutet. Um die Leitfähigkeit des Gases zu erhöhen, kann an der Stelle 12 leicht ionisierbares Saatmaterial, wie beispielsweise Natrium, Kalium, Zäsium oder deren Salze, eingeführt werden, und zwar im allgemeinen in einer Menge von weniger als 1 Gewichtsprozent des Brennstoffgewichtes. Beim Eintritt in den Strömungskanal des Generators kann das Gas eine Temperatur von über 5000° F (2760° C) haben.

Das Vektordiagramm in F i g. 2 kennzeichnet das Gas, welches mit einer Geschwindigkeit ν durch das Quermagnetfeld B hindurchströmt. Die Wechselwirkung des stromleitenden Gases mit dem magnetischen Feld erzeugt einen Spannungsgradienten innerhalb des Gasstromes, der das vektorielle Produkt ν · B in einer Richtung sowohl senkrecht zur Richtung der Gasbewegung als auch senkrecht zu dem Magnetfeld darstellt. Wegen der Belastung und auch wegen der Spannungsabfälle an den Elektroden ist das elektrische Feld E zwischen den Elektroden dem Produkt ν · B entgegengesetzt gerichtet und etwas kleiner und kann annähernd den Betrag von 0,5 bis 0,8 des Wertes für ν · B erreichen. In F i g. 2 verläuft parallel zu dem ν · B-Vektor ein Vektor /, der bedeutet, daß ein Strom durch das stromleitende Gas zwischen den Elektroden fließt.

Der Spannungsgradient für ν ■ B besteht innerhalb

des Gasstromes und wird über die Seitenwände des Strömungskanals des Generators kurzgeschlossen, wenn sie nicht so ausgeführt werden, daß sie den elektrischen Strom nicht leiten.

F i g. 3 zeigt die Zusammenhänge zwischen Strom, Magnetfeld und Spannungen innerhalb eines Gases,

ίο in welchem das Hallfeld eine bedeutende Rolle spielt. Die Entstehung des Hallfeldes läßt sich folgendermaßen erklären. Zunächst ist zu berücksichtigen, daß das Gas, welches sich durch den Strömungskanal des Generators bewegt, ein leicht ionisiertes Plasma ist mit praktisch gleicher Anzahl positiver Ionen und Elektronen. Da die Elektronen sehr viel leichter sind als die Ionen, haben sie eine sehr viel größere Beweglichkeit in einem Elektronenfeld und tragen den überwiegenden Anteil des Stroms. Der Stromfluß zwisehen einander gegenüberstehenden Elektroden ist infolgedessen beinahe ganz ein Elektronenstrom. Die Elektronengeschwindigkeit der Elektronen v_e ist durch folgende Gleichung gegeben:

_ j

n_e,-e

. Meter/Sekunde

In dieser Gleichung ist:

/ = Stromdichte (Ampere/m²)
n_e Elektronendichte (m~³)

e — Ladung des Elektrons

Es muß allerdings betont werden, daß die Wanderungsgeschwindigkeit der Elektronen eine Richtung hat, die senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes B verläuft. Dadurch wird ein elektrisches Feld (welches die Bezeichnung »Hallfeld« E_n trägt) in Richtung der Längsausdehnung des Strömungskanals induziert. Die Stärke des £_W-Feldes in Volt/Meter kann aus folgender Gleichung errechnet werden:

νB(I ~ «) (2)

worin:

o)_f = Elektronen-Zyklotron-Geschwindigkeit

(Sek.-i)
T_e = Mindest-Elektronenzeit (Sekunden)

cc —

vB

E = elektrisches Feld zwischen Elektroden
(Volt/Meter)

In F i g. 3 ist die Gasgeschwindigkeit ebenfalls mit ν und das magnetische Feld mit B bezeichnet. Ebenso wie in F i g. 2 ist auch hier der Spannungsgradient ν · B das Resultat der Gasbewegung durch das Feld. Dies führt wiederum zu einem elektrischen Feld E in dem Gasstrom zwischen den einander gegenüberstehenden Elektroden. Dagegen verläuft das Hallfeld E_H in dem Gasstrom in Richtung der Längsachse oder in Richtung des Gasstromes in der entgegengesetzten Richtung wie dessen Bewegungsrichtung. Das resultierende elektrische FeIdE^ in dem Gasstrom verläuft infolgedessen unter einem Winkel zu der Bewegungsrichtung des Gasstromes.

Für Gase, die für den Betrieb von MHD-Generatoren von Interesse sind, kann das Hallfeld eine er-

hebliche Größe haben und manchmal zwei- bis drei- rator beträgt die Größe des Winkels β 90°. Selbstmal so groß sein wie das Produkt ν · B. Ist ein elek- verständlich ist der Winkel β anfänglich festgelegt irisch leitender Pfad vorhanden, entlang welchem das und ergibt sich aus der gesamten Konstruktion des Hallfeld einen Stromfluß erzeugen kann, dann ergibt Generators. Um eine Verringerung der Generatorsich eine Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit 5 leistung zu verhindern, sollten die Platten natürlich in Richtung der einander gegenüberstehenden Elek- unter einem Winkel angeordnet sein, dessen Größe troden; hieraus ergibt sich eine Beeinträchtigung des sich möglichst stark dem berechneten Wert von β Gesamtwirkungsgrades des Generators. Hier schafft nähert. Wird der Strömungskanal unter Zugrundedie Erfindung Abhilfe durch eine neue Form des legung eines anderen Winkels als des beabsichtigten Strömungskanals des Generators, die verhindert, daß io Winkels β gebaut, dann verläuft in sämtlichen Fällen unter dem Einfluß des resultierenden elektrischen die Richtung des resultierenden Feldes E_R senkrecht Feldes ein Strom in der Ebene der Wandung fließt. zu den Platten, aber im Gegensatz zu der bevorzug-Infolgedessen kann der Stromfluß auf den Gasweg ten Ausführungsform treten Kurzschlußströme in den zwischen den einander gegenüberstehenden Elektro- Wandungen des Strömungskanals auf, die eine Verden begrenzt werden. Dieser Stromfluß ist in Fig. 3 15 ringerung des Generatorwirkungsgrades zur Folge durch den Vektor 7 gekennzeichnet. haben.

Aus den Fig. 2 und 3 ergibt sich, daß bei dem Fig. 5 zeigt schematisch einen Strömungskanal 20

MHD-Generator nach der Erfindung nicht nur ein für eine MHD-Einrichtung nach der Erfindung, bei

Kurzschluß des Hallfeldes E₁₁, sondern auch ein welcher das Hallfeld E₁₁ eine beachtliche Größe hat

Kurzschluß des resultierenden Feldgradienten E_R (die 20 und das induzierte Feld E einen relativ gleicht örmi-

Resultierende des elektrischen Feldes E und des gen Verlauf zeigt. Der Strömungskanal 20 besitzt

Hallfeldes E_H) mit Hilfe der Seitenwände des Gene- einen wassergekühlten Einlaß 21 aus nichtmagneti-

ratorkanals verhindert wird. Gleichzeitig weisen bei schem Material, beispielsweise Kupfer, sowie eine

dem neuen Generator die Wände eine ausreichende Verbindung zu der Quelle für das heiße Gas (nicht

thermische Leitfähigkeit bzw. Kühlung auf, so daß 25 dargestellt). Ein nichtmagnetischer, wassergekühlter

deren Temperatur auf die erforderlichen Grenzen für Auslaßanschluß 22, beispielsweise aus Kupfer, ist am

den Betrieb reduziert werden. Auslaßende des Kanals angeordnet, und ferner ist

In F i g. 4 ist außer dem Vektordiagramm für die eine Anzahl nichtmagnetischer Metallplatten 23 vor-

Spannungsgradienten gemäß F i g. 3 noch ein Teil gesehen, die ebenfalls aus Kupfer bestehen, elektrisch

einer Oberfläche S gekennzeichnet, der senkrecht zur 30 voneinander isoliert sind und zwischen dem Einlaß

Richtung des resultierenden elektrischen Feldes E_R 21 und dem Auslaß 22 angeordnet sind. Reicht die

steht. Die örtliche Neigung β der Oberfläche S ver- Stärke des magnetischen Feldes aus, um die Sättigung

läuft, wie bereits bemerkt, senkrecht zu dem resul- zu erreichen, dann können die Bauteile des Strö-

tierenden Feld E_R und ist durch folgende Gleichung mungskanals aus magnetischem Material hergestellt

gegeben: 35 sein.

Es muß hervorgehoben werden, daß die Platten 23

ß = tans-¹ ^-= tang-¹ ω T ^¹ ~~ ⁰^ (3) ^einen bestimmten Winkel mit der Längsachse des

" ε ^C " ^α Strömungskanals einschließen, so daß sie wenigstens

angenähert den Äquipotentialflächen folgen. Unmit-

In Fi g. 4 ist der Winkel β nicht nur durch E₁₁ und 40 telbar bei den Platten 23 befindet sich ein Einlaßkopf

E, sondern auch durch X und Y gegeben, die pro- 24 und ein Auslaßkopf 25, während die Leitungen 26

portional zu E_H und E sind. Dementsprechend ist die und 27 das Kühlmittel durch die einzelnen Bauteile

örtliche Neigung der Fläche S für einen Generator einschließlich des Strömungskanals auf betriebssiche-

durch die Gleichung gegeben: ren Temperaturen halten. Die Köpfe 24 und 25 be-

45 stehen vorzugsweise aus nichtmagnetischem und elek-

tane ß = — — ω T ^ ~~ ⁰^ (A) irisch isolierendem Material wie beispielsweise Ny-

X ^{e e} α lon, um gegenseitige Kurzschlüsse zwischen den Platten über die erwähnten Kühleinrichtungen zu verhin-

und die örtliche Neigung der Fläche S für einen Be- dem. Die Leitungen 26, welche die Verbindung zwi-

schleuniger ist durch folgende Gleichung gegeben: 50 sehen den Köpfen und den Platten herstellen, können

aus irgendeinem geeigneten elektrischen Isoliermate-

„ _ Y _ _T Qx — 1) rial bestehen, beispielsweise aus einem biegsamen

^ ~~ χ ~^{We e} κ Gummischlauch oder einem anderen geeigneten

nichtmagnetischen Material, vorausgesetzt, daß die

Die Fläche S begrenzt einen Teil einer Fläche kon- 55 einzelnen Leitungen elektrisch gegeneinander isoliert stanten Potentials, die zwischen gegenüberstehenden sind. Die Richtung des magnetischen Feldes B, wel-Elektroden durch den ganzen Strömungskanal ver- ches aus irgendeiner geeigneten Quelle (nicht dargeläuft. Da sich im übrigen die Gegebenheiten im Inne- stellt) geliefert wird und in die Zeichenebene einren des Strömungskanals an verschiedenen Punkten dringt, ist durch ein Kreuz gekennzeichnet; der Pfeil ändern, ist es außerdem klar, daß eine Äquipotential- 60 28 bezeichnet die Richtung des Gasstromes,
fläche durch den Strömungskanal zwischen einander In den F i g. 6 und 7 ist eine Gruppe 41 aus drei gegenüberstehenden Elektroden nicht notwendiger- Platten 23 entsprechend einer besonderen Ausfühweise um den gleichen Winkel β an sämtlichen Punk- rungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt; sie ten geneigt zu sein braucht, noch bleibt dieser Nei- gehören zu einem Strömungskanal, der sowohl innen gungswinkel notwendigerweise konstant, wenn man 65 wie außen Rechteckform aufweist. Die Erfindung ist sich von dem stromaufwärts gelegenen Ende des aber nicht auf diese spezielle Ausführungsform be-Strömungskanals zu dem stromabwärts gelegenen schränkt, sondern eignet sich auch für Strömungs-Ende des Kanals bewegt. In einem Hallstrom-Gene- kanäle mit kreisförmigem oder anderem Querschnitt.

Die Teile 42 und 43 einer jeden Platte, welche die einander gegenüberstehenden Elektrodenwände 44 und 45 des Kanals bilden (es sind dies die Wände, die parallel zu der Richtung des magnetischen Flusses verlaufen), sind unter einem Winkel von 90°—β zu den Teilen 46 und 47 einer jeden Platte geneigt, welche die Seitenwände 48 und 49 des Strömungskanals bilden. Wie man aus Fig. 7 ersieht, verlaufen die schräggestellten Teile 42 und 43 einer jeden Platte, welche die Elektrodenwandungen 44 und 45 bilden, parallel zueinander und liegen in Ebenen, die senkrecht zur Richtung des Gasstromes verlaufen.

Es ist erkannt worden, daß es zweckmäßig ist, die Platten im Wege mechanischer Verformung herzustellen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß man von einer Platte ausgeht, die etwa zweimal so dick ist wie die endgültige Platte und diese mechanisch bearbeitet, bis sie die endgültige Form erhält, wie sie beispielsweise in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Die Form der Elektrodenwände 42 und 43 wird dadurch erreicht, daß die beiden Ecken einer jeden Elektrode auf der Gasseite rechtwinklig werden, wodurch die Erosionswirkungen des Gases verringert werden, die sehr stark zunehmen wurden, wenn dem Gasstrom spitze Winkel dargeboten würden. Ein Durchlaß 55 für das Kühlmittel in der Nähe der Oberflächen, der die zentrale Öffnung 56 begrenzt, kann durch Bohren einer jeden Platte gewonnen werden, worauf dann sämtliche Bohrungen bis auf zwei verschlossen werden, welche der Zuleitung dienen, damit man einen kontinuierlichen Durchlaß bekommt, der die zentrale Öffnung umgibt, und um ferner einen Einlaß 57 und einen Auslaß 58 auf diagonal gegenüberliegenden Ecken einer jeden Platte zu bekommen. Wird also die nicht erforderliche Öffnung in den Seitenwänden, die den äußeren Umfang jeder Platte begrenzen, verschlossen, dann entsteht ein Durchlaß 55 für das Kühlmittel in jeder Platte, der die zentrale Öffnung 56 umgibt. Wird ein Kühlmittel, beispielsweise Wasser, durch die Leitungen 16 zugeführt, die mit den Einlaßöffnungen in Verbindung stehen, dann fließt das Kühlmittel durch jede Platte bis zu einer Stelle in der Nähe der mittleren Öffnung, an welcher der Strom sich in zwei Durchlässe teüt, die parallel zu den Oberflächen und in deren Nähe verlaufen, die eine Seitenwand und eine Elektrodenwand begrenzen. Die Kühlmittelströme fließen dann durch zwei ähnliche Durchlässe weiter, vereinigen sich miteinander und fließen durch einen Verteiler-Wasserhahn durch Leitungen aus, die mit den Auslaßöffnungen verbunden sind. Jede einzelne Platte weist am Umfang Gewindebohrungen und gewindelose Bohrungen auf, die zur Aufnahme von Schrauben, Bolzen oder Zugstangen dienen, deren Aufgabe es ist, den Strömungskanal zusammenzuhalten und ihm die ausreichende starre Festigkeit zu verleihen. So können beispielsweise gewindelose Bohrungen 60 in den untersten Teilen der Seitenwände zur Aufnahme von Zugstangen 60 a dienen (aus F i g. 8 am besten zu ersehen), die aus einem elektrisch nichtleitenden Material, wie beispielsweise Kunststoffen mit eingelegten Glasfäden oder Glasfolien, bestehen. Weitere gewindelose Bohrungen 61 in den untersten Teilen der Seitenwände dienen zur Aufnahme von Gewindestangen62 (s. Fig. 8) aus einem elektrisch nichtleitenden Material, wie beispielsweise Kunststoffen mit Glasfaden oder Glasfolien, und ferner Gewindebohrungen 63 (in den beiden äußeren Platten) zur Aufnahme des einen Endes der obenerwähnten Gewindestangen 62, sowie gewindelose Bohrungen 64 (in zwei der drei Platten einer jeden solchen Gruppe) zur Aufnahme elektrisch nichtleitender Schrauben 65, die in Verbindung mit der Erläuterung der Fig..8 noch näher beschrieben werden sollen.

Diejenigen Teile 42 einer jeden Platte, die als Kathoden wirken oder Elektronen emittieren, besitzen

ίο eine Nut 66, die man aus den Fig. 6 und 7 ersieht. Die Nut dient zur Aufnahme eines Elektronen emittierenden Elektrodenmaterials 67, beispielsweise Zirkon. Andererseits weisen die Teile 43 einer jeden Platte, die als Anoden oder Sammler für Elektronen dienen, einen geeigneten Belag 68 auf, der beispielsweise aus niedergeschlagenem oder gebundenem Silber besteht, wie man aus Fig. 7 ersieht.

Im folgenden sollen die Teile 42 und 43 der Platten, welche die Elektrodenwände bilden und zur Emission bzw. zur Aufnahme von Elektronen dienen, näher beschrieben werden. Bei MHD-Vorrichtungen neigt der Strom dazu, sich an dem stromabwärts gelegenen Ende der Kathoden und an dem stromaufwärts gelegenen Ende der Anoden zu konzentrieren.

Demgemäß weisen die Teile einer· jeden Platte, welche die Elektrodenwandung mit den Kathoden begrenzen, Nuten oder Ausnehmungen auf der stromabwärts gelegenen Seite auf, in denen ein geeignetes Elektronen emittierendes Material, beispielsweise Zirkon, mit Hilfe eines Plasmastrahles oder im Gießverfahren niedergeschlagen ist. Andererseits kann das Material für die Aufnahme der Elektronen im Wege der Bindung durch Löten oder Schweißen an dem stromaufwärts gelegenen Ende derjenigen Teile einer jeden Platte angebracht sein, welche die Elektrodenwandung mit den Anoden begrenzen; man kann aber zu diesem Zweck den Anodenteil einer jeden Platte auch unbedeckt lassen.
Zum Zwecke der elektrischen Isolation der einzelnen Platten voneinander und zur Verhinderung des Heraustretens von Gas zwischen den Platten ist ein elektrisch isolierendes, feuerfestes Material 69, beispielsweise Alaun, zwischen die gegenüberliegenden Seitenflächen der Teile der Platten eingelegt, die sowohl die Elektrodenwände als auch die Seitenwände bilden, während zwischen die übrigen einander gegenüberliegenden Flächen der Platten übliche Ringe 70 zusammen mit praktisch nicht zusammendrückbaren, elektrisch isolierenden Stoffen 72, beispielsweise aus Glasschichtkörpern, eingeschaltet werden. Die Stelle des Kühlmitteldurchflusses in jeder Platte in der Nähe der Oberflächen, welche die zentrale Öffnung begrenzen, und der Gebrauch eines Kühlmittels, welches mit einem geeigneten Überdruck durch die Platten hindurchströmt, erlauben die sichere Benutzung von Ringen und die Verwendung von Isoliermaterial, wie der obenerwähnten Kunststoffe aus Glasschichtkörpern. Man erreicht auf diese Weise eine ausreichende Kühlung, die verhindert, daß diejenigen Teile der Platten, die in der Nähe dieser Stoffe und infolgedessen in einem bestimmten Abstand von der zentralen Öffnung liegen, Temperaturen erreichen, bei denen die Eigenschaften der elektrischen Isolation dieser Stoffe nachteilig beeinflußt werden.

E^ Aus Fig. 5 ersieht man deutlich, daß der Strömungskanal bei dem MHD-Generator nach der Erfinduns aus einer kontinuierlichen Reihe sich über-

Claims (7)

1. 9 10

   läppender Platten besteht, die in der oben beschrie- Montage des Strömungskanals zwischen alle Teile benen Weise mit Hilfe isolierender oder elektrisch sämtlicher Platten eingeschaltet werden, welche die nichtleitender Schrauben und Zugstangen aneinander Elektrodenwände und die Seitenwände begrenzen,

   befestigt sind; dabei sind geeignete elektrisch nichtlei- weil der Zugang zu dem mittleren Teil des Strö-

   tende Schrauben und Zugstangen sowie elektrisch 5 mungskanals nach vollständiger Montage schwierig nichtleitende Hilfskonstruktionen nach Maßgabe der ist; dies ist natürlich abhängig von den Abmessungen

   Temperaturbedingungen so zwischen die einzelnen des Strömungskanals, insbesondere hinsichtlich seiner

   Platten eingeschaltet, daß jede einzelne Platte von Länge und seiner lichten Weite. Gelangt Alaun zur

   den benachbarten Platten getrennt ist. Die Platten Anwendung, dann kann dieses in gießfähiger Form

   sind normalerweise unter einem bestimmten Winkel io beispielsweise nach Art einer Mauer aufgebaut wer-

   zur Längsachse des Strömungskanals schräg gestellt, den.

   so daß sie mindestens annähernd einer vorgesehenen Wie man am besten aus F i g. 8 ersieht, greifen die Äquipotentialfläche folgen, die in diese Stellung jeder Schrauben 65 durch die ersten beiden Platten einer Platte gelegt ist, d. h., es steht zum mindesten ein jeden Gruppe hindurch und sind in geeignete GeTeil der Stücke der Platten (vorzugsweise so viele wie 15 windebohrungen in der letzten Platte eingeschraubt, möglich) senkrecht zu den resultierenden elektrischen Andererseits gehen die Schraubenbolzen 62 frei Feldgradienten E_R, welche durch die zentrale Öffnung durch jede einzelne Gruppe hindurch und sind in die der Platten hindurchgehen. Die Anordnung der Plat- erste Platte der vorhergehenden Gruppe eingeten konform zu der betreffenden Äquipotentialfläche schraubt. Sind dann die Schraubenmuttern 81 auf den betrifft immer nur die Platte, die innerhalb des Strö- 20 Schraubenbolzen fest angezogen, dann werden die mungskanals mit dem Gas in Berührung kommt. Das Enden der Platten fest zusammengedrückt. Die Zug-Plattenmaterial außerhalb der Kanalöffnung kann ge- stangen 60 a gehen durch die Seitenwände der Platten krümmt sein oder andere Raumformen haben, die es hindurch, so daß nach dem Festziehen der Schrauermöglichen, die Abdichtung oder Verschraubung benmuttern 82 auf den Zugstangen 60 a die Seitenleichter und einfacher vorzunehmen. 25 wände der Platten ebenfalls zusammengepreßt sind.

   Am Eintrittsende und am Austrittsende des Strö- Da die Elektroden einer jeden Platte elektrisch mungskanals nimmt die Stärke des magnetischen durch die Platte selbst miteinander verbunden sind, Feldes ab und infolgedessen nimmt auch die Größe ist es nicht erforderlich, diese Elektroden einzeln des Hall-Spannungsgradienten E_H ab. Es können in- elektrisch miteinander zu verbinden, um einen Serienfolgedessen beträchtliche Änderungen des Winkels β 30 Stromkreis aufzubauen. Um also eine Vielzahl zuvorkommen, sammengeschalteter Elektronenkreise zu bilden, ist

   Um also Kriechstromverluste und Querfeld- es nur erforderlich, die Eingangs- und Ausgangslei-Wechselwirkungen zu vermeiden, können die Platten tungen (von denen nur die Eingangsleitungen 53 darin diesen Bereichen gebogene oder nicht ebene Ge- gestellt sind) an die erste bzw. letzte Platte anzustalt (nicht dargestellt) haben, um eine möglichst gute 35 schließen, wobei die Anzahl der Leitungen durch Annäherung an die vorgesehenen Äquipotentialflä- die Anzahl der vorgesehenen Serienstromkreise gechen in diesen Bereichen zu erzielen. Außerdem kön- geben ist. Selbstverständlich ist die geometrische nen die Platten unter unterschiedlichen Winkeln Form der Platten beim Erfindungsgegenstand nicht (ebenfalls nicht dargestellt) zu der Längsachse des auf das beschriebene und dargestellte Ausführungs-Strömungskanals schräg gestellt sein. 40 beispiel beschränkt. So kann beispielsweise die Platte

   Um Lichtbogenbildungen zu den Wänden des 23 in F i g. 9 identisch mit der Platte in den F i g. 6 Strömungskanals zu vermeiden, sollte die größte Ent- und 7 sein, mit der einen Ausnahme, daß die schrägfernung <i (s. Fig. 8), in Metern gemessen, bei jeder gestellten Teile zur Aufnahme der Elektroden weg-Platte in einer Ebene parallel zu dem resultierenden fallen können. Dementsprechend können die Oberelektrischen Feldgradienten kleiner sein als die Span- 45 flächen 91 der Platte, welche die Elektrodenwände nung, die erforderlich ist, um eine Lichtbogenentla- begrenzt, Nuten 92 zur Aufnahme des Elektrodendung in dem Gas hervorzurufen, geteilt durch den materials aufweisen, also im einen Falle ein Elektro-Gradienten des resultierenden elektrischen Feldes in nen emittierendes Material 67, wie beispielsweise Zir-VoIt je Meter. kon, und im anderen Falle Silber 68 oder ein ähn-

   F i g. 8 zeigt eine bevorzugte Art der fabrikations- 50 liches Material. Eine solche Ausführungsform bietet mäßigen Herstellung eines Strömungskanals aus den eine vorteilhafte Anordnung für das Elektrodenmate-Platten, die in F i g. 6 und 7 dargestellt sind. Wie be- rial, welches einen Kurzschluß der Hallspannung reits erwähnt, können die Platten 23 zunächst elek- stark verringert; andererseits können sich hierbei aber trisch voneinander isoliert in Gruppen zu je drei Plat- Lichtbogen an den scharfen Kanten 93 der Platte ten zusammengefaßt werden, wie es beispielsweise in 55 bilden.

   den Fig. 6 und 7 dargestellt ist; elektrisch nichtlei- Patentansprüche·

   tende Schrauben 65 halten die Platten einer jeden ^y

   Gruppe zusammen, um die leichte Handhabung jeder 1. Magnetohydrodynamische (MHD-) Einrich-

   einzelnen Gruppe vor und während der Herstellung rung mit einem Strömungskanal zur Führung

   des Strömungskanals zu ermöglichen. Der Strö- 60 eines elektrisch leitenden Gases durch ein Ma-

   mungskanal wird dann so montiert, daß die einzel- gnetfeld, wobei mindestens ein Teil des Strö-

   nen Gruppen 44 praktisch auf die gleiche Weise zu- mungskanals von einer Vielzahl von Platten be-

   sammengebaut werden, wie jede einzelne Gruppe grenzt ist, die aus einem wärmebeständigen,

   montiert worden ist; die elektrisch nichtleitenden nichtmagnetischen und elektrisch leitenden Ma-

   Schraubenbolzen 62 und die Zugstangen 60 α wirken 65 terial bestehen und Verbindungen für ein Kühl-

   dabei im Sinne der Zusammendrückung und des Zu- mittel aufweisen und einander gegenübergestellt

   sammenhaltens der Platten in fester Stellung zuein- und elektrisch voneinander isoliert sind, sowie

   ander. Das feuerfeste Material 69 kann während der mit einer Vielzahl von einander gegenüberstehen-

   den Elektroden, die mit dem Gas in Verbindung stehen, um elektrische Energie fortzuleiten, die durch die Bewegung des Gases relativ zu dem Magnetfeld erzeugt worden ist, wobei an jedem beliebigen vorbestimmten Punkt innerhalb des Strömungskanals ein resultierender Gradient des elektrischen Feldes besteht, der die vektorielle Summe aus einem ersten elektrischen Feldgradienten senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases an irgendeinem vorbestimmten Punkt und aus einem zweiten elektrischen Feldgradienten ist, der parallel zu der Richtung des Gasstromes in diesem vorbestimmten Punkt verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (23) jeweils schräg zur Längsachse des Strömungskanals (20) stehen, daß jede einzelne Platte eine mittlere Öffnung (56) aufweist, deren Teile (42, 43, 46, 47 oder 91) jeweils einen Teil der Elektrodenwände (44, 45) des Strömungskanals bilden, daß jede Platte einen Durchlaß (55) in der Nähe der mittleren Öffnung (56) aufweist, der das Kühlmittel aufnimmt und daß jeweils ein Paar einander gegenüberstehender Elektroden (67, 68) von einer einzelnen Platte an den Teilen ihrer zentralen Öffnung gehalten sind.
2. 2. MHD-Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Platten Dichtungsvorrichtungen (69) aufweisen, die den Durchgang von Gas zwischen den einzelnen Platten verhindern. ^;3o
3. 3. MHD-Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische isolation der Platten gegeneinander mit Hilfe eines Werkstoffs vorgenommen ist, der sich zum mindesten zwischen den Teilen der Platten befindet, welche die Durchlässe für das Kühlmittel enthalten, und daß die Dichtungsvorrichtungen zwischen der äußeren Umfangsfläche der Platten und dem elektrischen Isoliermaterial untergebracht sind.
4. 4. MHD-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die größte Ausdehnung einer jeden Platte, gemessen in Metern, in einer Ebene parallel zu dem resultierenden elektrischen Feld kleiner ist als der Quotient aus der Spannung, die erforderlich ist, um eine Lichtbogenentladung in dem Gas hervorzurufen, und dem Gradienten des resultierenden elektrischen Feldes in Volt je Meter.
5. 5. MHD-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberstehenden und von jeder Platte gehaltenen Elektroden (42,43) in einer Ebene angeordnet sind, die praktisch parallel zur Richtung des magnetischen Feldes und unter einem Winkel schräg zur Richtung der Gasströmung verläuft.
6. 6. MHD-Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der Plattenebene und der Richtung des Gasstromes etwa 90° beträgt
7. 7. MHD-Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden in Nuten (66) in den Platten untergebracht sind und mit denjenigen Plattenteilen, die dem Gasstrom ausgesetzt sind, eine glatte und ebene Oberfläche bilden.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen