DE1121202B - Magnetogasdynamischer Generator - Google Patents

Description

• Magnetogasdynamischer Generator Die Hauptpatentanmeldung beschreibt einen magnetogasdynamischen Generator zur direkten Umwandlung von Wärmeleistung in elektrische Leistung. Der magnetogasdynamische Generator, der einen von ionisiertem Gas durchströmten Kanal mit Elektroden zur Stromabnahme und Mittel zur Erzeugung eines quer zur Strömungsrichtung des Gases verlaufenden Magnetfeldes umfaßt, ist dadurch gekennzeichnet, daß diese Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Drehfeldes ausgebildet sind. Infolge des um die Längsachse des Kanals rotierenden Drehfeldes erzeugt der Generator Wechselstrom, dessen Frequenz mit der Drehgeschwindigkeit des Drehfeldes übereinstimmt. Wird ein solcher Generator mit drei Elektroden versehen, so kann direkt Drehstrom in Dreieckschaltung abgenommen werden.
• Beim Durchfluß des ionisierten Gases durch das Magnetfeld treten an dessen Anfang und Ende Wirbelströme auf, welche in Flächen verlaufen, die auch die elektrischen Feldlinien zwischen den Elektroden enthalten. Durch diese Wirbelströme wird das Magnetfeld auf der Seite des Gaseintritts geschwächt, auf der Seite des Gasaustritts verstärkt. Dementsprechend sind die auf der Austrittsseite entstehenden Wirbelstromverluste größer als die eintrittsseitig entstehenden. Da zudem diese letzteren wenigstens teilweise wieder in nutzbare elektrische Leistung umgewandelt werden, während dies beiden austrittsseitig entstehenden Verlusten nicht der Fall ist, wird in der Regel danach getrachtet, wenigstens die austrittsseitigen Wirbelströme so klein wie möglich zu halten. Die Wirbelstromverluste sind von der Belastung des Generators weitgehend unabhängig. Der Anteil der Wirbelstromverluste an der vom Generator erzeugten elektrischen Leistung wird bei gegebener Belastung um so kleiner, je größer die aktive Länge des Generators im Vergleich zum Elektrodenabstand gewählt wird. Bei einem Verhältnis von 1:1 beträgt der genannte Anteil, bezogen auf optimale Leistungsentnahme, etwa 30°/o, bei wachsender Generatorlänge wird er rasch kleiner. Die Bekämpfung der Wirbelströme ist also insbesondere bei verhältnismäßig kurzen oder verhältnismäßig schwach belasteten Generatoren wichtig.
• Während nun Gleichstromgeneratoren in weiten Grenzen beliebig lang sein können, wodurch Maßnahmen zur Verkleinerung der Wirbelstromverluste in vielen Fällen entbehrlich werden, wird die aktive Länge bei Wechselstromgeneratoren im allgemeinen verhältnismäßig klein sein müssen. Dies ist darin begründet, daß das rotierende Magnetfeld im Gas selbst Wirbelströme erzeugt. Wenn nun auch die auf diesem Wege hervorgebrachte Wärme im Generator selbst wenigstens teilweise wieder in nutzbare elektrische Leistung umgewandelt wird, so muß sie doch durch das Magnetsystem erzeugt werden, wodurch dieses für eine unwirtschaftlich große Leistungsfähigkeit bemessen werden muß. Die Maßnahmen zur Verkleinerung der weiter oben behandelten Wirbelstromverluste sind demnach bei Wechselstromgeneratoren von besonderer Bedeutung.
• Die Erfindung betrifft nun derartige Maßnahmen. Sie beruht auf dem Gedanken, an den fraglichen Stellen Bewegungen von Ladungsträgern in der Richtung der elektrischen Kraftlinien zu verhindern. Demgemäß ist ein erfindungsgemäßer Generator dadurch gekennzeichnet, daß mindestens nahe der Austrittsstelle des Gases aus dem Magnetfeld, aber außerhalb dieses Magnetfeldes, elektrisch isolierende Wände zur Begrenzung der Bewegungen von Ladungsträgern in der Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet sind.
• Zur Erklärung der Wirkung der erfindungsgemäß vorzusehenden Maßnahmen wird vorerst in Fig. 1 und 2 ein Generator zur Erzeugung von Gleichstrom im Längs- bzw. im Querschnitt gezeigt. In Fig. 1 ist die Umgebung der Austrittsstelle des Gases aus dem Magnetfeld dargestellt, welches sich von links her bis an die Enden der Elektroden El und E, erstreckt. Gemäß der Erfindung sind nahe dieser Stelle die Wände W aus Isoliermaterial angeordnet. Sie stehen senkrecht zu den zwischen den Elektroden verlaufenden elektrischen Feldlinien und verhindern daher den Transport elektrischer Ladungen in Feldrichtung über größere Distanzen. Die gestrichelten Linien deuten den Verlauf der Wirbelströme an, wie er sich bei Abwesenheit der erfindungsgemäß vorzusehenden Maßnahme einstellen würde. Die Wände liegen gänzlich außerhalb des für die Stromerzeugung ausgenutzten Magnetfeldes, damit sie nicht die beabsichtigte Verteilung der Ladungsträger (Elektronen und Ionen des Gases) auf die beiden Elektroden je nach dem Vorzeichen der Ladung behindern. Eine gleichartige Anordnung von isolierenden Wänden kann auch nahe der Eintrittsstelle des Gases in das Magnetfeld vorgesehen werden.
• Die Fig. 3 und 4 zeigen als Ausführungsbeispiele Wandformen, wie sie für die in der Hauptpatentanmeldung beschriebenen Generatoren zur Erzeugung von Drehstrom geeignet sind, welche drei Elektroden El, E2, E3 enthalten und bei denen ein um die Achse des Kanals rotierendes magnetisches Drehfeld zur Anwendung kommt. Mit diesem Feld drehen sich auch die Kraftlinien des elektrischen Feldes, so daß jetzt eine Begrenzung der Bewegung von Ladungsträgern nicht mehr nur in senkrechter Richtung wie beim Generator nach Fig. 1 und 2, sondern in allen Richtungen senkrecht zur Kanalachse notwendig ist. Dies kann gemäß Fig. 3 durch eine konzentrische Anordnung von mehreren kreiszylinderförmigen Wänden Wk geschehen, die wenigstens in ihren äußeren Zonen durch radiale Wände W, ergänzt ist. Derselbe Effekt wird durch die in Fig. 4 gezeigte Anordnung zweier senkrecht aufeinanderstehender Gruppen von ebenen Wänden erzielt.
• Die Wände sind natürlich so zu gestalten, daß sie der Strömung des Gases möglichst wenig Widerstand entgegensetzen. Sie können auch hohl ausgebildet sein, um das Durchleiten eines kühlenden und/oder die Isolierfähigkeit verbessernden Mediums zu erlauben.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Magnetogasdynamischer Generator nach Patentanmeldung A 32685 VIII b / 21 d2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens nahe der Austrittsstelle des Gases aus dem Magnetfeld, aber außerhalb dieses Magnetfeldes, elektrisch isolierende Wände zur Begrenzung der Bewegung von Ladungsträgern in der Richtung senkrecht zum Magnetfeld und senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases angeordnet sind.
2. 2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Gruppen von ebenen, zueinander parallelen Wänden senkrecht zueinander angeordnet sind.
3. 3. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gruppe von zueinander koaxialen Wänden und eine Gruppe von radial verlaufenden ebenen Wänden angeordnet sind.
4. 4. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Wände zwecks Durchleitung eines Mediums hohl ausgebildet sind.