DE1213906B

DE1213906B - Magnetohydrodynamic generator for generating electrical energy using the Hall effect

Info

Publication number: DE1213906B
Application number: DEC30338A
Authority: DE
Inventors: Georges Klein
Original assignee: Compagnie Generale dElectricite SA
Current assignee: Alcatel Lucent SAS
Priority date: 1962-07-04
Filing date: 1963-07-03
Publication date: 1966-04-07

Description

Magnetohydrodynamischer Generator zur Erzeugung elektrischer Energie unter Ausnutzung des Hall-Effektes Die Erfindung betrifft einen magnetohydrodynamischen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie unter Ausnutzung des Hall-Effektes mit einer Verbrennungskammer und einem anschließenden, Elektroden aufweisenden, bei niedrigem Druck arbeitenden Umwandlungskanal, in welchen das heiße, ionisierte, gasförmige Strömungsmedium aus der Verbrennungskammer geleitet wird und dessen Inneres einem senkrecht zur Strömung gerichteten, durch einen Elektromagneten erzeugten Magnetfeld ausgesetzt ist, wobei das gasförmige Strömungsmittel am Ende des Rohres Unterdruck aufweist und abgesaugt wird und sich das Magnetfeld und der Druck entlang dem Kanal in gleichem Sinne ändern.Magnetohydrodynamic generator for generating electrical energy using the Hall effect The invention relates to a magnetohydrodynamic Generator for generating electrical energy using the Hall effect with a combustion chamber and a subsequent, electrodes having, conversion channel operating at low pressure, in which the hot, ionized, gaseous flow medium is passed from the combustion chamber and its interior one directed perpendicular to the flow, generated by an electromagnet Magnetic field is exposed, with the gaseous fluid at the end of the tube Has negative pressure and is sucked off and the magnetic field and the pressure along change the channel in the same way.

Bei normalen MHD-Generatoren ist der Hall-Effekt im allgemeinen eine unerwünschte Erscheinung. Der Hall-Effekt besteht darin, daß sich entlang dem Umwandlungskanal ein Potentialgradient ausbildet, der eine Trennung der elektrischen Ladungen entgegengesetzten Vorzeichen entlang dem Gasstrom oder Plasma unter dem Einfluß einer senkrecht zur Strömungsrichtung gerichteten elektromotorischen Kraft bewirkt. Diese Erscheinung kann jedoch auch durch geeignete Elektrodenanordnung zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgenutzt werden. Dies geschieht in den magnetohydrodynamischen Generatoren mit Ausnutzung des Hall-Effektes, von denen auch die vorliegende Erfindung ausgeht.With normal MHD generators, the Hall effect is generally one undesirable appearance. The Hall effect is that it extends along the conversion channel a potential gradient forms, which is opposite to a separation of the electrical charges Sign along the gas flow or plasma under the influence of a perpendicular to the Direction of flow caused electromotive force. This appearance however, it can also be used by a suitable electrode arrangement for generating electrical Energy can be used. This happens in the magnetohydrodynamic generators with utilization of the Hall effect, from which the present invention is based.

Man versucht also, bei MHD-Generatoren mit Ausnutzung des Hall-Effektes den Potentialgradienten entlang dem Umwandlungskanal zu vergrößern. Dieser Potentialgradient nimmt mit der Beweglichkeit der Elektronen des als Arbeitsmittel verwendeten Gases und mit der magnetischen Induktion B zu. Man verwendet also nach Möglichkeit ein Gas mit großer Elektronenbeweglichkeit, wie Argon.So one tries to use the Hall effect with MHD generators to increase the potential gradient along the conversion channel. This potential gradient decreases with the mobility of the electrons of the gas used as a working medium and with the magnetic induction B to. So you use one whenever possible Gas with high electron mobility, such as argon.

Eine weitere Möglichkeit, die Beweglichkeit zu erhöhen, besteht darin, den Generator unter niedrigem Druck arbeiten zu lassen.Another way to increase agility is to make the generator work under low pressure.

Die Druckerniedrigung sollte jedoch nicht wie bei einem bekannten Generator durch Entspannung eines Gases erfolgen, da hierdurch eine erhebliche unerwünschte Abkühlung des Strömungsmediums hervorgerufen wird. Aus diesem Grunde geht die Erfindung von dem eingangs angegebenen bekannten Generator aus, bei dem der niedrige Druck durch Absaugen am Ende des Umwandlungskanals und nicht durch Gasentspannung erfolgt.However, the pressure lowering should not be like a known one Generator done by expanding a gas, as this is a considerable undesirable Cooling of the flow medium is caused. This is the reason why the invention works from the known generator specified above, in which the low pressure by suction at the end of the conversion channel and not by gas expansion.

Es ist also bereits bekannt, daß es bei einem MHD-Generator mit Ausnutzung des Hall-Effektes darauf ankommt, die Elektronenbeweglichkeit und die magnetische Induktion möglichst groß zu machen. Es ist auch schon bekanntgeworden, den Druck und das Magnetfeld sich entlang dem Umwandlungskanal in gleichem Sinne ändern zu lassen.So it is already known that there is an MHD generator with utilization of the Hall effect depends on the electron mobility and the magnetic Make induction as large as possible. The pressure has also already become known and the magnetic field change along the conversion channel in the same sense permit.

Einer Steigerung des Magnetfeldes und der Elektronenbeweglichkeit sind aber durch die als Ionenverschiebung bekannte Erscheinung Grenzen gesetzt. Für .die Wirksamkeit eines auf der Basis des Hall-Effektes arbeitenden MHD-Generators ist es nämlich auch erforderlich, daß sich die gebildeten Ionen als ein einheitlicher Strom zusammen mit den neutralen Molekülen des Gases fortbewegen. Die Elektronenbeweglichkeit ist dagegen um Größenordnungen höher, so daß sich diese von den positiven Ladungen trennen können. Hierauf beruht die Wirkungsweise eines solchen Generators. Durch die gemeinsame Bewegung der neutralen Moleküle und der Ionen erfolgt der für die Wirkungsweise erforderliche Energieaustausch zwischen diesen Teilchen.An increase in the magnetic field and electron mobility however, there are limits due to the phenomenon known as ion displacement. For the effectiveness of an MHD generator that works on the basis of the Hall effect it is also necessary that the ions formed appear as a unit Moving electricity along with the neutral molecules of the gas. The electron mobility on the other hand is higher by orders of magnitude, so that this differs from the positive charges can separate. The mode of operation of such a generator is based on this. By the joint movement of the neutral molecules and the ions takes place for the Mode of action required energy exchange between these particles.

Werden nun die Beweglichkeit und das magnetische Feld zu stark erhöht, so tritt eine merkliche Relativbewegung zwischen den Ionen und den neutralen Molekülen des Gases auf, die als Zonenverschiebung bezeichnet wird. Sobald dieses Effekt auftritt, sinkt der Wirkungsgrad des Generators.If the mobility and the magnetic field are increased too much, so there is a noticeable relative movement between the ions and the neutral molecules of the gas, which is known as zone shift. As soon as this effect occurs, the efficiency of the generator decreases.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen MDH-Generator unter Ausnutzung des Hall-Effektes der eingangs genannten Gattung anzugeben, bei dem eine optimale Beziehung zwischen Magnetfeld und Druck vorliegt, d. h. bei dem diese Größen auf einen optimalen Wert gebracht werden, damit einerseits der Potentialgradient entlang dem Kanal möglichst groß ist, andererseits aber die Erscheinung der Ionenverschiebung noch nicht auftritt.The object of the invention is to utilize an MDH generator of the Hall effect of the type mentioned at the beginning, in which an optimal relationship exists between magnetic field and pressure, d. H. in which these sizes to an optimal Value are brought, so that on the one hand the potential gradient along the channel as possible is large but, on the other hand, the ion shift phenomenon does not yet appear.

Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die Größe. des Magnetfeldes in wenigstens einem wirksamen Teilbereich des Kanals in jedem Punkt dem Druck proportional und kleiner als 20 000 G ist. Diese Beziehung entspricht der Forderung, das Produkt von Magnetfeld und Elektronenbeweglichkeit konstant zu halten. Hierdurch können bei geeigneter Wahl des Proportionalitätsfaktors die Betriebsverhältnisse in dem betreffenden wirksamen Teilbereich des Umwandlungskanals hinsichtlich des Wirkungsgrades optimal gestaltet werden.For this purpose, the invention provides that the size. of the magnetic field in at least one effective portion of the channel at each point proportional to the pressure and is less than 20,000 G. This relationship corresponds to the requirement of the product to keep the magnetic field and electron mobility constant. This allows with a suitable choice of the proportionality factor, the operating conditions in the relevant effective sub-area of the conversion channel in terms of efficiency be optimally designed.

Die magnetische Induktion hat in jedem Punkt des Kanals bevorzugt einen solchen Wert, daß das Produkt aus magnetischer Induktion und der Beweglichkeit der freien Elektronen des gasförmigen Strömungsmediums zwischen 2 und 30 und insbesondere zwischen 5 und 15 liegt. Bei diesen Werten arbeitet der MHD-Generator besonders wirtschaftlich.Magnetic induction has been preferred at every point of the channel such a value that the product of magnetic induction and mobility of the free electrons of the gaseous flow medium between 2 and 30 and in particular is between 5 and 15. The MHD generator works particularly well with these values economically.

Um die erwünschte Druckänderung zu erhalten, kann weiter vorgesehen sein, daß das gasförmige Strömungsmedium radial im wesentlichen in einer Ebene abfließt. Auch können die Druckverhältnisse dadurch becinflußt werden, daß das gasförmige Strömungsmedium durch eine koaxial zum Umwandlungsrohr angeordnete Absaugvorrichtung angesaugt wird.In order to obtain the desired pressure change, further provision can be made be that the gaseous flow medium flows radially essentially in one plane. The pressure conditions can also be influenced by the fact that the gaseous Flow medium through a suction device arranged coaxially to the conversion pipe is sucked in.

Da der Generator gemäß der Erfindung mit geringerem Druck als die normalen bekannten MHD-Generatoren arbeitet, d. h. als die Generatoren, bei denen der elektrische Strom senkrecht zur Gasbewegung fließt, kann er nach einer bevorzugten Ausführungsform einem klassischen, mit einem Druck zwischen einigen Atmosphären und ungefähr einer Atmosphäre arbeitenden MIM-Generator nachgeschaltet sein.Since the generator according to the invention with lower pressure than the normal known MHD generators works, d. H. than the generators where the electric current flows perpendicular to the gas movement, it can according to a preferred Embodiment a classic, with a pressure between a few atmospheres and approximately an atmosphere working MIM generator be connected downstream.

Die Erfindung wird im. folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 einen Axialschnitt der Verbrennungskammer und des Umwandlungskanals, F i g. 2 schematisch die bekannte Schaltung der Elektroden in einem MHD-Generator mit Hall-Effekt, .The invention is in. following example on the basis of the drawing described; in this FIG. 1 is an axial section of the combustion chamber and the conversion channel, FIG. 2 schematically shows the known circuit of the electrodes in a MHD generator with Hall effect,.

F i g. den Axialschnitt einer möglichen Ausführungsform des Magnetspaltes im Umwandlungskanal, F i g. 4 ein Blockschaltbild einer vollständigen magnetohydrodynamischen Anlage, F i g. 5 schematisch einen MHD-Generator gemäß der Erfindung, F i g. 6 einen Axialschnitt einer weiteren Ausführungsform eines MHD-Generators gemäß der Erfindung, F i g. 7 einen Schnitt nach Linie VII-VII in F i g. 6, F i g. 8 einen . Schnitt nach Linie VIII-VIII in F i g. 6, F i g. 9 eine analoge Ansicht wie F i g. 8 einer abgewandelten Ausführungsform, F i g. 10 einen Schnitt einer profilierten Elektrode nach Linie X-X in. F i g. 8 oder 9, F i g. 11 eine weitere Ausführungsform des Umwandlungskanals, analog der in F i g. 6 dargestellten, und F i g. 12 eine weitere mögliche Ausführungsform des Umwandlungskanals.F i g. the axial section of a possible embodiment of the magnetic gap in the conversion channel, FIG. 4 is a block diagram of a complete magnetohydrodynamic Appendix, F i g. 5 schematically an MHD generator according to the invention, FIG. 6 one Axial section of a further embodiment of an MHD generator according to the invention, F i g. 7 shows a section along line VII-VII in FIG. 6, fig. 8 one. cut according to line VIII-VIII in F i g. 6, fig. 9 shows a view analogous to FIG. 8 one modified embodiment, FIG. 10 a section of a profiled electrode according to line X-X in. F i g. 8 or 9, FIG. 11 a further embodiment of the conversion channel, analogous to that in FIG. 6 shown, and FIG. 12 another possible embodiment of the conversion channel.

Nach F i g. 1 enthält ein MHD-Generator eine Verbrennungskammer 5, in. die bei 6 die für die Verbrennung erforderlichen Stoffe eingeleitet werden. Als Brennstoffe können z. B. Öl, Naturgas, Feinkohle, Kohlenwasserstoff od. dgl. dienen. Als die Verbrennung fördernde Stoffe können gegebenenfalls komprimierter Sauerstoff oder Luft eingeführt werden. Weiter können durch die Leitungen 6 Impfstoffe wie die Salze der Alkalinietalle mit niedrigem Ionisationspotential eingebracht werden. Es kommen z. B. die Salze von Kalium, Kalzium und Natrium in Frage.According to FIG. 1, an MHD generator contains a combustion chamber 5, in. the substances required for combustion are introduced at 6. As fuels such. B. oil, natural gas, fine coal, hydrocarbon or the like. to serve. Compressed substances can optionally be used as combustion-promoting substances Oxygen or air can be introduced. Next 6 vaccines can be fed through the lines like the salts of the alkaline metals with a low ionization potential will. There come z. B. the salts of potassium, calcium and sodium in question.

Die Verbrennungskammer kann unter Unterdruck von z. B. 0,4 Atmosphären stehen oder einen höheren Druck in der Größenordnung des Atmosphärendruckes oder von einigen Atmosphären aufweisen. Wenn die Kammer Unterdruck aufweist, braucht der die Verbrennung fördernde Stoff nicht unter Druck injiziert zu werden, was eine Entspannung und folglich eine Abkühlung des Gases zur Folge hätte. Damit wäre eine Verringerung des Wirkungsgrades des Generators verbunden.The combustion chamber can be under negative pressure of e.g. B. 0.4 atmospheres stand or a higher pressure in the order of magnitude of atmospheric pressure or of some atmospheres. If the chamber has negative pressure, needs the combustion promoting substance not to be injected under pressure, which is a Relaxation and consequently a cooling of the gas would result. That would be a Reduction in the efficiency of the generator associated.

Die Gase werden durch eine Düse 7 angesaugt und in dieser auf eine Geschwindigkeit größer als 0,5 Mach beschleunigt. Sie münden in den magnetohydrodynamischen Umwandlungskanal8, der eine leicht divergierende Form aufweist und in dem ein ziemlich starkes Magnetfeld herrscht. In dieser Kammer erfolgt die Umwandlung der Gasenergie in elektrische Energie.The gases are sucked in through a nozzle 7 and in this on a Accelerated speed greater than 0.5 Mach. They flow into the magnetohydrodynamic Conversion channel8, which has a slightly divergent shape and in which a fairly there is a strong magnetic field. The gas energy is converted in this chamber into electrical energy.

F i g. 2 zeigt beispielsweise die Art und Weise, wie die Elektroden eines Hall-Effekt-Generators in bekannter Weise geschaltet sein können. Der Gasstrom fließt in der Richtung x'-x, und das magnetische Feld ist senkrecht zur Zeichnungsebene gerichtet. Der Kanal 8 hat ein divergierendes Profil und im wesentlichen rechteckige Querschnitte. Die Potentialdifferenz erscheint also zwischen der unteren Wand 10 und der oberen Wand 11. Die Elektroden sind paarweise gegenüber angeordnet, und zwar bei 12a, 12b; 13 a 13b ... und 15 a, 15 b. Es kann eine ganze Anzahl von Elektrodenpaaren vorgesehen sein. Die gegenüberliegenden Elektroden sind durch Leiter 12 c, 13 c . . .15 c kurzgeschlossen. Es fließen also in den Kreisen 12a-12 b-12 c . . .15a-15 b-15 c Ströme, die für den Betrieb des Hall-Effekt-Generators erforderlich sind. Es ist erforderlich, die Querströme kurgzuschließen, damit die für den Betrieb des Generators wichtigen Laplace-Kräfte auftreten. Der von dem Generator erzeugte Strom wird zwischen den Elektroden 12 und 15 durch Leiter 16 und 17 abgenommen.F i g. 2 shows, for example, the manner in which the electrodes of a Hall effect generator can be connected in a known manner. The gas flow flows in the direction x'-x, and the magnetic field is directed perpendicular to the plane of the drawing. The channel 8 has a diverging profile and essentially rectangular cross-sections. The potential difference thus appears between the lower wall 10 and the upper wall 11. The electrodes are arranged in pairs opposite one another, namely at 12a, 12b; 13 a 13 b ... and 15 a, 15 b. A number of pairs of electrodes can be provided. The opposing electrodes are through conductors 12 c, 13 c. . .15 c short-circuited. So it flows in circles 12a-12b- 12c. . .15a-15 b-15 c currents that are required for the operation of the Hall effect generator. It is necessary to close the cross currents so that the Laplace forces, which are important for the operation of the generator, occur. The current produced by the generator is drawn between electrodes 12 and 15 through conductors 16 and 17.

Die Zwischenelektroden dienen nur zum Kurzschließen der Querströme und können von den Außen- oder Abnahmeelektroden verschieden sein. Insbesondere können die Elektroden in verschiedener Weise ausgebildet sein. Die Kurzschlußelektroden arbeiten mit geringem Spannungsabfall, sind also zwangläufig heiß und thermoionisch. Dagegen können die Abnahmeelektroden voneinander räumlich entfernt sein. Ihre Spannungen sind größer und die Stromstärken weniger groß. Man kann kalte Elektroden, z. B. gekühlte Metallelektroden, vorsehen. Ein Spannungsverlust von 100 Volt wiegt bei 10 000 Volt nicht schwer; bei den Kurzschlußelektroden ist aber ein Verlust von 100 Volt bei z. B. 120 Volt unannehmbar. F i g. 3 zeigt ein Beispiel eines Luftspaltes des Magneten im Umwandlungskanal. Die Linie x'-x ist die Symmetrieachse des Kanals, wobei die Strömungsrichtung wieder im Sinne von x' nach x verläuft. Der Kanal hat bei dieser Ausführungsform rechteckige Querschnitte mit veränderlichen Abmessungen nach der Achse x'-x. Das Profil kann z. B. das in F i g. 3 durch die Wände 18 und 19 dargestellte sein. Diese Wände können aus isolierendem, schwer schmelzbarem oder analogem Material bestehen, wobei angesichts der hohen Temperaturen im Kanal gegebenenfalls Kühlmittel vorgesehen sind. Bei 20 und 21 sind die Metallanker des erforderlichen Elektromagneten dargestellt, welche das Magnetfeld in dem Kanal erzeugen. Links in der Zeichnung hat der Spalt einen konstanten Wert, während er sich nach rechts erweitert. In dem Teil mit konstantem Spalt hat die Induktion noch nicht den kritischen Wert erreicht. Hinter der Linie 22 ist der Gasdruck genügend erniedrigt, und erfindungsgemäß muß die Induktion folglich einen entsprechend geringeren Wert haben. Das bedingt eine Vergrößerung des Spaltes. Der Spalt erweitert sich gemäß der Erfindung in der Weise, daß das Verhältnis von magnetischer Induktion zum Druck konstant bleibt.The intermediate electrodes are only used to short-circuit the cross currents and can be different from the external or pick-up electrodes. In particular, the electrodes can be designed in various ways. The short-circuit electrodes work with a low voltage drop, so they are inevitably hot and thermionic. In contrast, the pick-up electrodes can be spatially separated from one another. Their voltages are greater and the currents are less. You can use cold electrodes, e.g. B. provide cooled metal electrodes. A voltage loss of 100 volts is not difficult at 10,000 volts; with the short-circuit electrodes, however, there is a loss of 100 volts at z. B. 120 volts unacceptable. F i g. 3 shows an example of an air gap of the magnet in the conversion channel. The line x'-x is the axis of symmetry of the channel, the direction of flow again running from x ' to x. In this embodiment, the channel has rectangular cross-sections with variable dimensions along the x'-x axis. The profile can e.g. B. the one in FIG. 3 be represented by the walls 18 and 19. These walls can be made of insulating, difficult to melt or similar material, with coolants being provided if necessary in view of the high temperatures in the channel. At 20 and 21 the metal armatures of the required electromagnet are shown, which generate the magnetic field in the channel. On the left in the drawing, the gap has a constant value while it widens to the right. In the part with a constant gap, the induction has not yet reached the critical value. Behind the line 22, the gas pressure is sufficiently reduced, and according to the invention the induction must consequently have a correspondingly lower value. This causes an enlargement of the gap. According to the invention, the gap widens in such a way that the ratio of magnetic induction to pressure remains constant.

Vorzugsweise besitzt das Produkt aus Induktion und Elektronenbeweglichkeit gemäß der Erfindung einen Wert zwischen 2 und 30 und vorzugsweise zwischen 5 und 15. Hierbei ist die Induktion in Weber/m2, die Beweglichkeit in M2/V. s gemessen, so daß das Produkt dimensionslos ist.Preferably the product of induction and electron mobility according to the invention a value between 2 and 30 and preferably between 5 and 15. Here the induction is in Weber / m2, the mobility in M2 / V. s measured, so that the product is dimensionless.

F i g. 4 stellt schematisch diejenigen Vorrichtungen dar, die hinter dem Umwandlungskanal nach der Verbrennung kommen. Hinter dem Umwandlungskanal 8 durchläuft das Gas einen Wärmeaustauscher 29, um die thermische Energie wiederzugewinnen. Alsdann strömt es in einen Diffusor 30, welcher die verbliebene kinetische Energie wiedergewinnt. Danach gelangt es in ein Reinigungsgerät 31, welches eine Extraktionsvorrichtung 35 zur Wiedergewinnung der Impfstoffe aufweist. Schließlich strömt es durch einen Kühler 32 in einen Kompressor 33, aus dem es bei 34 in die Atmosphäre entweicht.F i g. 4 shows schematically those devices that are behind come to the conversion duct after combustion. Behind the conversion channel 8 the gas passes through a heat exchanger 29 to recover the thermal energy. It then flows into a diffuser 30, which absorbs the remaining kinetic energy regains. It then passes into a cleaning device 31, which is an extraction device 35 for the recovery of the vaccines. Finally it flows through you Cooler 32 into a compressor 33, from which it escapes at 34 into the atmosphere.

Bei dieser Ausführungsform sind der Unterdruck und die Gasströmung allein durch einen Kompressor am Ausgang und nicht durch einen am Eingang eingeordneten Kompressor gewährleistet, wie das an sich bei klassischen MHD-Generatoren der Fall ist.In this embodiment, the negative pressure and the gas flow solely by a compressor at the exit and not by one at the entrance Compressor ensures, as is the case with classic MHD generators is.

F i g. 5 zeigt in schematischer Darstellung einen MHD-Generator gemäß der Erfindung. Er umfaßt hauptsächlich eine Verbrennungskammer 40 mit höherem Druck als Atmosphärendruck und einen divergierenden Kanal, welcher hauptsächlich zwei Zonen aufweist, und zwar eine Zone 41 zwischen den Querschnitten 43 und 44 und eine Zone 42 zwischen den Querschnitten 44 und 45, in denen jeweils die Elektroden in verschiedener Weise angeordnet sind. In der ersten Zone 41, direkt am Ausgang der Verbrennungskammer 40, herrscht ein größerer Druck als Atmosphärendruck. Der Druck liegt zwischen dem Druck am Ausgang der Verbrennungskammer 40, welcher im Querschnitt 43 etwa einige Atmosphären betragen kann, und einem Druck in dem Querschnitt 44, welcher in der Größenordnung von einer Atmosphäre oder darunter, z. B. bei 0,3 Atmosphären liegt. Die Zone 41 des Kanals ist vorteilhafterweise als ein klassisch arbeitender MHD-Generator aufgebaut, d. h. als ein Generator, in dem der elektrische Strom in einer Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung des Gases entnommen wird. Die Zone 42 des Kanals ist dagegen vorteilhafterweise als Hall-Effekt-Generator ausgebildet. Sie arbeitet also zwischen dem Querschnitt 44 mit einem Druck gleich oder geringer als Atmosphärendruck und dem Ausgang 45, wo ein Druck zwischen etwa 0,1 und 0,2 Atmosphären herrscht.F i g. 5 shows a schematic representation of an MHD generator according to the invention. It mainly comprises a combustion chamber 40 with a higher pressure than atmospheric pressure and a diverging channel which has mainly two zones, namely a zone 41 between the cross-sections 43 and 44 and a zone 42 between the cross-sections 44 and 45, in each of which the electrodes in are arranged in different ways. In the first zone 41, directly at the exit of the combustion chamber 40, the pressure is greater than atmospheric pressure. The pressure is between the pressure at the outlet of the combustion chamber 40, which in cross section 43 can be approximately a few atmospheres, and a pressure in cross section 44 which is of the order of one atmosphere or less, e.g. B. 0.3 atmospheres. The zone 41 of the channel is advantageously constructed as a classically operating MHD generator, ie as a generator in which the electrical current is drawn in a direction perpendicular to the direction of flow of the gas. The zone 42 of the channel, on the other hand, is advantageously designed as a Hall effect generator. It therefore works between the cross section 44 with a pressure equal to or less than atmospheric pressure and the outlet 45, where a pressure between approximately 0.1 and 0.2 atmospheres prevails.

Bei 46 sind schematisch die Mittel zur Absaugung dargestellt, um das Gas in die Atmosphäre oder in Austauscher oder andere Geräte zu fördern, damit die Kalorien oder die in dem Gas noch verfügbare Energie wiedergewonnen werden können. Der Querschnitt des in F i g. 5 dargestellten Kanals kann rund, rechteckig oder sonstwie sein. Er kann insbesondere in der Zone 42 ringförmig sein, wobei der Mittelraum durch einen geeignet geformten Kern 47 ausgefüllt ist, welcher gegebenenfalls einen eisenhaltigen Polschuh mit oder ohne Wicklung aufweist.At 46, the means for suction are shown schematically in order to To promote gas into the atmosphere or into exchangers or other devices so that the Calories or the energy still available in the gas can be recovered. The cross section of the in F i g. 5 channel shown can be round, rectangular or otherwise be. In particular, it can be ring-shaped in zone 42, with the central space is filled by a suitably shaped core 47, which optionally has a Has ferrous pole piece with or without winding.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Ausführung handelt es sich um die Kombination eines klassischen Umwandlungskanals mit einem Umwandlungskanal mit Hall-Effekt, wobei beide Kammern unter verschiedenen Drücken arbeiten und in ihrem Bereich einen sehr guten Wirkungsgrad haben.In the case of the in FIG. 5 is the embodiment shown Combination of a classic conversion channel with a conversion channel with Hall effect, both chambers working under different pressures and one in their area have very good efficiency.

Die Absaugmitte146 können von irgendeiner geeigneten Art sein. Die Gase können vor der Absaugung gekühlt werden, um die Wärme wiederzugewinnen. Die Absaugung erfolgt vorzugsweise an einer Stelle, wo ihre Temperatur bereits genügend erniedrigt ist.The suction means 146 can be of any suitable type. the Gases can be cooled prior to evacuation to recover heat. the Suction is preferably carried out at a point where its temperature is already sufficient is humiliated.

Man kann aber auch die heißen Gase z. B. mittels einer Flüssigkeitsringpumpe, einer Wasserstrahlpumpe od. dgl. direkt oder auch durch einen Ventilator, ein Flügelrad öd. dgl. ansaugen.But you can also use the hot gases z. B. by means of a liquid ring pump, a water jet pump or the like. Directly or also by a fan, an impeller dreary like. suck.

Es wurde festgestellt, daß die Notwendigkeit eines Kompressors am Kanalende für die Absaugung bei weitem durch die aus der Verbesserung des Wirkungsgrades erzielten Vorteile aufgewogen wird. Bei einer Ausführung nach F i g. 5 ist es möglich, ein sehr hohes Entspannungsverhältnis zwischen den Querschnitten 43 und 45 zu erhalten, weil der Druck bei 45 sehr gering ist. Wenn bei 43 ein Druck von 5 Atmosphären und bei 45 ein Druck von 0,1 Atmosphäre herrscht, erhält man ein Verhältnis von 50. Um ein vergleichbares Verhältnis mit einer Vorrichtung zu erhalten, welche das Gas ohne Kompressor in die Atmosphäre abgibt, d. h. welche einen Enddruck von einer Atmosphäre aufweist, wäre ein Druck von 50 Atmosphären in der Verbrennungskammer erforderlich. Das würde beträchtliche Erschwerungen bei der Konstruktion mit sich bringen; außerdem wäre der Wärmeaustausch zwischen dem Gas und den Wänden in sehr großen Bereichen erhöht.It has been found that the need for an end-of-duct compressor for suction is far outweighed by the benefits gained from the improvement in efficiency. In an embodiment according to FIG. 5 it is possible to obtain a very high relaxation ratio between the cross-sections 43 and 45 because the pressure at 45 is very low. If there is a pressure of 5 atmospheres at 43 and a pressure of 0.1 atmosphere at 45, a ratio of 50 is obtained. To obtain a comparable ratio with a device which discharges the gas into the atmosphere without a compressor, ie which one Has a final pressure of one atmosphere, a pressure of 50 atmospheres would be required in the combustion chamber. That would make the construction considerably more difficult; in addition, the heat exchange between the gas and the walls would be increased in very large areas.

F i g. 6 zeigt im Axialschnitt schematisch einen MHD-Generator mit Hall-Effekt und ringförmigem Kanal. Der Kanal 50 liegt zwischen einer konischen Außenwand 51 und einer konischen Innenwand 52, welche einen Kern bildet. Die beiden konischen Wände sind koaxial, wobei die Winkel an der Spitze des Konus gleich oder verschieden sein können. Die beiden Konen können divergent oder konvergent sein. Eine Vergrößerung des mittleren Durchmessers des ringförmigen Kanals führt, wenn der Abstand der Wände der gleiche bleibt, zu einer Vergrößerung des Querschnittes, welcher von dem Winkel an der Spitze des Konus abhängt. Man kann den Querschnitt dadurch ändern, daß die Winkel der Konen geändert werden, welche sich nähern oder voneinander entfernen können. Gegebenenfalls können die Wände von der konischen Form abweichen.F i g. 6 schematically shows an MHD generator in axial section Hall effect and annular channel. The channel 50 lies between a conical Outer wall 51 and a conical inner wall 52, which forms a core. The two conical walls are coaxial, the angles being equal to or at the top of the cone can be different. The two cones can be divergent or convergent. An increase in the mean diameter of the annular channel results, if the distance between the walls remains the same to increase the cross-section, which depends on the angle at the top of the cone. You can see the cross section through this change to change the angles of the cones approaching or from each other can remove. If necessary, the walls can deviate from the conical shape.

Bei 53 ist schematisch die Wicklung des Elektromagneten dargestellt. Die Abnahmeelektroden für den Strom sind bei 54 und 55 dargestellt.At 53, the winding of the electromagnet is shown schematically. The pick-up electrodes for the current are shown at 54 and 55.

Die Ringform des Umwandlungskanals gestattet es, leicht eine Absaugvorrichtung mit Ringwirkung, wie z. B. ein Ventilatorrad oder ein Flügelrad 56, anzuordnen.The ring shape of the conversion channel allows a suction device to be easily installed with ring effect, such as B. a fan wheel or an impeller 56 to be arranged.

F i g. 7 zeigt einen senkrecht zur Achse verlaufenden Schnitt des Umwandlungskanals nach F i g. 6. Die Spulen und der Elektromagnet sind bei einem derartigen Generator so angeordnet, daß ein in zwei Richtungen in F i g. 7 durch Pfeile .H dargestelltes radiales Magnetfeld vorliegt. Die Transversal- oder Azimutalströme verlaufen also in diesem Fall auf Kreisbahnen. Sie sind in F i g. 7 durch den Teil I veranschaulicht. Die Transversalströme sind zur Erzeugung der Laplace-Kräfte unerläßlich, um ein intensives elektrisches- Feld zu erhalten und die Elektronen im Sinne des Gasstromes zu verschieben. Es ist also notwendig, diese kurzzuschließen, damit der Generator funktioniert. Bei einem Radialgenerator nach den F-i g. 6 und 7 ist es zur Herstellung einer Kurzschlußschleife nicht erforderlich, besondere Elektroden anzuordnen, da die Kurzschlußschleifen sich im gasförmigen Medium ausbilden und im Innern des Generators umlaufen. Dies ist in gestrichelten ]Linien 60 in F i g. 7 veranschaulicht. Wenn der Ausschnitt genügend klein ist, kann das Magnetfeld H als parallel zu einer gegebenen Richtung angesehen werden, und die Ströme I verlaufen senkrecht zu dieser Richtung. Es liegt dann die bei den klassischen Generatoren allgemein verwendete Anordnung vor. Ein ringförmiger Generator stellt sich dann als eine Reihe von nebeneinandergelegten klassischen Generatoren dar, die auf einem Kreis angeordnet sind.F i g. 7 shows a section of FIG. 1 running perpendicular to the axis Conversion channel according to FIG. 6. The coils and the electromagnet are on one such a generator arranged so that one in two directions in F i g. 7 through Arrows .H shown radial magnetic field is present. The transverse or azimuthal currents So in this case run on circular paths. They are in FIG. 7 through the part I illustrated. The transverse currents are essential for generating the Laplace forces, to get an intense electric field and the electrons in the sense of To move the gas flow. So it is necessary to short-circuit this so that the Generator works. In the case of a radial generator according to FIGS. 6 and 7 is it not required to create a short-circuit loop, special electrodes to be arranged because the short-circuit loops are formed in the gaseous medium and circulate inside the generator. This is shown in dashed lines 60 in FIG. 7 illustrates. If the section is sufficiently small, the magnetic field H can be regarded as parallel to a given direction and the currents I run perpendicular to this direction. It is then up to the classic generators commonly used arrangement. A ring-shaped generator then arises as a series of juxtaposed classic generators running on a Are arranged in a circle.

F i g. 8 zeigt eine mögliche Anordnung der Abnahmeelektroden 55 für den Strom des Generators nach F i g. 6. Die Elektroden erstrecken sich vollständig durch den Umwandlungskanal. Sie können vorteilhafterweise einen aerodynamisch profilierten Querschnitt, wie in F i g. 10 dargestellt, haben. Man kann die Elektroden aber auch in der in F i g. 9 dargestellten Weise anordnen, wo eine ringförmige Elektrode 62, deren Querschnitt ebenfalls gemäß F i g. 10 ausgebildet sein kann, durch eine bestimmte Anzahl von Stützen 63a, 63 b usw. in der Mitte des Kanals an Ort und Stelle gehalten werden kann. Die Stützen können auch zusätzlich zur Elektrode 62 als Elektroden dienen.F i g. 8 shows a possible arrangement of the pick-up electrodes 55 for the current of the generator according to FIG. 6. The electrodes extend completely through the conversion channel. You can advantageously have an aerodynamically profiled one Cross-section as in FIG. 10 shown have. But you can also use the electrodes in the in F i g. 9, where an annular electrode 62, whose cross-section is also shown in FIG. 10 can be formed by a certain Number of supports 63a, 63b etc. held in place in the middle of the channel can be. The supports can also act as electrodes in addition to the electrode 62 to serve.

F i g. 11 zeigt einen weiteren ringförmigen magnetohydrodynamischen Umwandlungskanal, der durch den zwischen den koaxialen Konen 65, 66 gebildeten Raum dargestellt wird. Die Mittelfläche ist ein Zylinder 67 und erweitert sich folglich nicht.F i g. 11 shows another annular magnetohydrodynamic Conversion channel, which is formed by the space formed between the coaxial cones 65, 66 is pictured. The central surface is a cylinder 67 and consequently widens not.

Die in den F i g. 8 und 9 dargestellten Elektroden können gegebenenfalls durch einen Flüssigkeits- oder Gasumlauf gekühlt sein. Hierzu kann z. B. Wasser dienen.The in the F i g. 8 and 9 electrodes shown can optionally be cooled by a liquid or gas circulation. For this purpose, z. B. water to serve.

F i g. 12 zeigt eine weitere mögliche Anordnung eines MHD-Generators. Dieser Generator ist drehsymmetrisch zur Achse Y ausgebildet. Er umfaßt eine ringförmige Verbrennungskammer 72 und einen magnetohydrodynamischen Umwandlungskanal 73. Dieser Kanal ist durch einen Abstand zwischen den beiden konischen Wänden 74 und 75 gebildet. Er weist Umdrehungssymmetrie um die Achse Y auf und ist außerdem symmetrisch bezüglich einer Ebene Z, die senkrecht auf der Achse Y steht und durch die Mitte der Verbrennungskammer 72 geht. Der Winkel a zwischen den beiden Wänden 74 und 75 kann jeden geeigneten Werthaben. Er kann gegebenenfalls Null oder negativ sein, d. h., die beiden Wände können sich nach außen zueinander nähern. Wenn man den Wert eines ringförmigen Querschnittes des Umwandlungskanals mit einem bestimmten Radius von der Achse Y aus prüft, ist einer der Faktoren für das Anwachsen dieses Querschnittes dieser Radius. Wenn also der Winkel a = 0 ist, wird der Querschnitt bei der Entfernung von der. Achse Y größer. Auf die Stärke dieses Anwachsens des Querschnittes kann man durch geeignete Wahl des Winkels a einwirken.F i g. 12 shows another possible arrangement of an MHD generator. This generator is designed to be rotationally symmetrical to the Y axis. It includes an annular one Combustion chamber 72 and a magnetohydrodynamic conversion duct 73. This Channel is formed by a distance between the two conical walls 74 and 75. It has rotational symmetry about the axis Y and is also symmetrical with respect to it a plane Z perpendicular to the Y axis and passing through the center of the combustion chamber 72 goes. The angle α between the two walls 74 and 75 can be any suitable Have value. It can optionally be zero or negative; i.e., the two walls can approach each other outwards. If you consider the value of an annular cross-section of the conversion channel with a certain radius from the axis Y is checked one of the factors for the growth of this cross-section is this radius. If so the angle a = 0, the cross-section becomes at the distance from the. Y axis larger. The strength of this increase in the cross-section can be determined by making a suitable choice of the angle a act.

Wenn der Querschnitt beim Entfernen von der Achse Y zu stark anwächst, gestattet ein negativer Winkel a eine Herabsetzung dieser Zunahme.If the cross-section increases too much when moving away from the Y axis, a negative angle α allows this increase to be reduced.

Das Material 76 des Umwandlungskanals ist schwer schmelzend od. dgl. Die Spulen sind bei 77 und der magnetische Kreis bei 78 vorgesehen.The material 76 of the conversion channel is difficult to melt or the like. The coils are provided at 77 and the magnetic circuit at 78.

Die Erfindung kann auch vorteilhafterweise auf Antriebsdüsen von Raumfahrzeugen angewandt werden, bei denen die ausgestoßenen Gase eine sehr hohe Temperatur aufweisen und praktisch ins Vakuum münden. In diesem Fall ist es möglich, beträchtliche elektrische Energiemengen zu gewinnen, wobei der@Aufbau des Generators äußerst vereinfacht wird.The invention can also be applied advantageously to spacecraft propulsion nozzles can be used in which the gases emitted have a very high temperature and practically flow into a vacuum. In this case it is possible to make considerable electrical To gain amounts of energy, the @ structure of the generator is extremely simplified.

Claims

Claims: 1. Magnetohydrodynamic generator for generation electrical energy using the Hall effect with a combustion chamber and a subsequent, electrodes having, working at low pressure Conversion channel, in which the hot, ionized, gaseous flow medium from the combustion chamber and its interior is perpendicular to the flow directed magnetic field generated by an electromagnet is exposed, wherein the gaseous fluid at the end of the tube has negative pressure and is sucked off and the magnetic field and the pressure along the channel change in the same sense, d u r c h e k e n nz e i c h n e t that the size of the magnetic field in at least an effective part of the channel at each point proportional to the pressure and is less than 20,000 G.

2. Generator according to claim 1, characterized in that that the magnetic induction at every point of the channel has such a value, that the product of magnetic induction and the mobility of the free electrons of the gaseous flow medium between 2 and 30 and in particular between 5 and 15 lies.

3. Generator according to one of claims 1 and 2, characterized in that that the gaseous flow medium flows radially essentially in one plane (Fig. 12).

4. Generator according to one of the preceding claims, characterized in that that the gaseous flow medium through a coaxial to the conversion pipe arranged suction device is sucked.

5. Generator according to one of the claims 1 to 4, characterized in that it is a classic, with a pressure between downstream of some atmospheres and approximately one atmosphere working MHD generator is. Documents considered: German Patent No. 725 433; french U.S. Patent No. 1,276,865; U.S. Patent No. 1717,413; Journal »The Physies of Fluids «, issue 2/1961 = p.186.