DE1488852A1 - Verfahren und Einrichtung zum Erzeugen elektrischer Impulse - Google Patents

Description

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Avco Corporation - A 846 0/G -

Verfahren and Einrichtung zum Ar zeugen elektrischer Impulse

Die Erfindung "bezieht eich auf die Erzeugung von elektrischen Impuleen hoher Energie und im besonderen auf die Erzeugung solcher Impulse mittels eines magnetohydrodynamischen Generators, nachstehend kurz MHD-Generator genannt.

In MHD-Generatoren wird elektrische Energie in der Weise erzeugt, daß ein elektrisch leitendes Mittel oder Plasma in bezug auf ein Magnetfeld bewegt wird. Das verwendete Mittel besteht im allgemeinen aus einem elektrisch leitenden, heißen undjonter hohem Druck stehenden Gas, das aus einer geeigneten Quelle zugeführt wird. Aus der Quelle strömt das Mittel duroh den Generator und induziert infolge seiner Bewegung in bezug auf das Magnetfeld eine VfK zwischen einander gegenüberstehenden Elektroden im Generator. Das aus dem Gas bestehende Mittel kann zu irgendeiner Stelle, der Einfachheit halber in die Umgebungeluft abgeleitet werden, oder das Gas kann bei komplizierteren Ein-

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richtungen zu einer Bückgewinnungsanlage mit einer Pompe geleitet werden, die das Gaβ zur Quelle zurüokpumpt. DieLeitfähigkeit des Gases kann entweder thermisch und/oder durch Zusetzen einer Substanz erzeugt werden, die bei der Betriebstemperatur des Generators ohne Schwierigkeiten eine Ionisierung bewirkt. 11a Zusatzmittel können Pottasche und Zäsium oder deren Salze verwendet werden. Ungeachtet des verwendeten Gases oder der Art und Weise, in der das Zueatzmittel eingeführt wird, bestehen die resultierenden Gase aus einem Gemisch von Elektronen, positiven Ionen und neutralen Atomen, welches Gemisch der Einfachheit halber als "Plasma" bezeichnet wird·

Bei einem MHD-Generator der beschriebenen Art wird normalerweise

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ein ortsgebundenes Hagnetfeld und eine gleichgerichtete Gasströmung verwendet. Ein solcher Generator stellt daher an sich eine Gleichstromquelle dar. Soll ein Wechselstrom erzeugt werden, so wird im allgemeinen eine Hilfseinrichtung in irgendeiner Porm vorgesehen, die den Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt.

Je größer der MHD-Generator ist, umso wirksamer arbeitet er. MHD-Generatoren zum Erzeugen großer elektrischer Leistungen haben daher weitgehend Beachtung gefunden. Das neuzeitliche Arbeiten mit der Kernverschmelzung, mit Magnetbeschleunigern Usw. erfordert kurze, wiederholt auftretende Impulse mit einer Energie, die allgemein nicht zur Verfugung steht, und zwar aus dem einfachen Grunde, weil es keine Energiequellen und keine Schalter gibt, mit denen Megawattleistungen inMillisekunden gehandhabt werden können und mit denen im besonderen in Abständen von ungefähr einer Sekunde aufeinander folgende Megawatt-Impulse in Millisekunden erzeugt werden können. _. .

Die bereits bekannten Einrichtungen sind für diese Zwecke ungeeignet. Sine solche Einrichtung erfordert z.B. ein herkömmliches Gasentladungsgefäß, eine Diode und einen Transformator. Wie leicht einzusehen ist, sind solche Schaltungselemente gänz-

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lieh ohne fert für die Erzeugung beispielsweise eines Megawattimpulses mit der Sauer von einer Millisekunde in Abständen von je einer Sekunde. Dasselbe gilt für eine andere bekannte Einrichtung ait einem Schalter und Vakuumröhren.

Dioden sind für die Abgabe von Hochle ist ungs impuls en unbrauchbar, einfach deswegen, weil es keine Dioden gibt, die den erforderlichen Stromflufi und die Spannung handhaben können, die mit der Erzeugung τοη Megawatt-Impulsen verbunden sind. Selbst wenn Λ eine ge&gnete Diode benutzt würde, so könnte diese nicht die Impulse mit der sehr hohen Energie leiten, da dabei verwendete Triodenröhren nicht imstande sind, bei diesen Leistungspegeln zu arbeiten. Da die Verwendung von Triodenröhren nicht durchführbar 1st, müßte die Verwendung von Schaltern in Betracht gezogen werden. Die bei der Verwendung von Schaltern bei hohen Leistungen auftretenden Schwierigkeiten sind aber bekannt· Die Schalter arbeiten in diesem Falle sehr mangelhaft, wenn überhaupt, und schon gar nicht bei einer Betätigung mit hohen Geschwindigkeiten.

Andere bekannte Einrichtungen weisen zwar auch eine kurze Wirkungszeit auf, in der die Ansammlung .»on Hitze infolge wieder- ™ holter Arbeit vernachlässigt werden kann.

Diese Ansammlung von Hitze kann aber nur dann vernachlässigt werden, wenn dieZeitspanne zwischen den Arbeitsvorgängen mindestens Minuten und wahrscheinlich Stunden umfaßt, soweit es sich um die offenbarten 3-Megajoule-Impulsβ handelt. Bei diesen Einrichtungen sind aber wieder herkömmliche Schalter mit ihren Haohteilen erforderlich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, die allein imstande 1st, in ' '

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Abständen von einer Sekunde z.B. MegawattImpulse mit einer Sauer von einer Millisekunde zu erzeugen. Bei der beschriebenen Einrichtung wirkt der MHD-Generator nicht nur ale Energiequelle, sondern auch als Schalter für die Megawattimpulse, ohne daß deshalb ein elektrischer Schalter geöffnet oder geschlossen zu werden braucht. Weiterhin ist ein besonderer Induktor nicht wesentlich, da auch die Magnetspule des Generators benutzt werden kann. Ferner wird der Impuls duroh öffnen und Schließen eines Brennstoffventils erzeugt, so daß kein Schalter und im besonderen kein für außerordentlich starke Ströme eingerichteter Schalter vorgesehen zu werden braucht. Wird bei der Durchführung der Erfindung ein herkömmlicher MHD-Generator benutzt, so erfolgt die Energiespeicherung in der Magnetspule und/oder in einem besonderen Induktor mit dem Mehrfachen des Ausganges des Generators in einer Sekunde, wodurch der Induktor fast mit dem gesamten Auegang des Generators als Energie versorgt werden kann, und wodurch der Generator in Zeitspannen impulsbetrleben werden kann, die im Vergleich zu einer Sekunde kurz sind, wobei der Arbeitszyklus in Intervallen von ungefähr einer Sekunde wiederholt wird.

Wird die Brennstoffströmung zum Generator unterbrochen, so wirkt der Generator als Luftstromaueschalter, wenn die Flamme kurzfristig gelöscht wird, so daß der Generator wlderstandsfest gegen sehr hohe Spannungen ist, wodurch kurze Sntladungszeiten möglich werden.

Zur Iiösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Erzeugen von aufeinanderfolgenden Megawatt-Impulsen mit einer ^Dauer von Millisekunden in Abständen von je einer Sekunde in einer mit . einem Induktor zusammengesohalteten Belastung, wobei die Speicherung einer bestimmten Menge elektrischer Energie in der Weise durchgeführt wird, daß ein Stromfluß durch den Induktor in

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einer vorherbestimmten Sichtung "bewirkt wird, wobei ein Stromfluß durch die Belastung in der genannten Bichtung verhindert wird und mindestens ein Seil der gespeicherten Energie in Bichtung zur genannten Belastung durch unterbrechen des Stromfluasee zum Induktor freigesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dafi ein Stromfluß durch den Induktor in einer Bichtung durch Anschließen des Induktors an gegenüberstehende Elektroden bewirkt wird, die in dem Magnetfeld eines MHD-Generators angeordnet sind, und zwischen denen ein elektrisch leitendes heißes Sas hindurchgeleitet wird, und daß der Stromfluß zum Induktor durch plötzliche Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit des genannten Gases unterbrochen wird.

Ss kann nur ein Seil der im genannten Induktor gespeicherten Energie freigesetzt und der übrige Seil zum Erzeugen mindestens eines Teiles des Magnetfeldes im MHD-Generator benutzt werden, und die Verminderung der genannten elektrischen leitfähigkeit kann für eine Zeitspanne bewirkt werden, die kurz ist la Vergleich zu einer Sekunde.

Im allgemeinen wird die Verminderung der genannten elektrischen Leitfähigkeit periodisch durchgeführt.

Man kann die Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit durch Herabsetzen der Temperatur des genannten Gases durchführen·

Vorzugsweise wird die Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit durch plötzliches und periodisches Absperreh der Strömung eines Brennstoffes bewirkt, dessen Verbrennungsprodukte und ein Oxydierungsmittel das genannte Gas bilden.

Die Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit wird zweckmäßig durch plötzliches und periodisches Absperren der Strömung eines Oxydierungemittels bewirkt, das mit den Verbrennungsprodukten eines Brennstoffes zur Bildung des genannten Gases benutzt wird. 909825/0564 -6-

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Sie Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit des genannten Gases wird im allgemeinen für eine Zeitspanne bewirkt, die kurz ist im Vergleich zu der Zeit, in der die elektrische Leitfähigkeit des genannten Gases nicht herabgesetzt ist·

Sine Einrichtung zum Erzeugen von elektrischen Impulsen in einer mit einem Induktor zusammengeschalteten Belastung nach dem Verfahren ist durch einen MHD-Generator zum Erzeugen eines elektrischen Stromes in einer vorherbestimmten Bichtung gekennzeichnet, wobei in einem Magnetfeld zwischen zwei einander gegenüberstehenden Elektroden eine gleichgerichtete elektromotorische Kraft in der Weise erzeugt wird, daß zwischen den genannten Elektroden ein heißes, elektrisch leitendes Gas hindurchgeleitet; wird, wobei der genannte Induktor zwischen die genannten Elektroden geschaltet ist, und wobei die genannte Belastung aus einem in einer Bichtung leitenden Mittel besteht, das an das eine Snde des genannten Induktors angeschlossen ist und für den Strom in der genannten vorherbestimmten Bichtung eine hohe Impedanz darstellt, und durch eine Einrichtung zum plötzlichen Vermindern der genannten elektromotorischen Kraft.

Sie genannte vermindernde Einrichtung vermindert die genannte elektromotorische Kraft für eine Zeitspanne, die kurz ist im Vergleich zu einer Sekunde.

Vorzugsweise vermindert die genannte vermindernde Einrichtung die genannte elektromotorische Kraft periodisch.

Sie genannte vermindernde Einrichtung kann die genannte elektromotor ie ehe Kraft durch Herabsetzen der femperatur des genannten Gases vermindern.

Sie genannte vermindernde Einrichtung kann auch die Temperatur des genannten Gases durch Absperren der Strömung eines Bestandteiles des genannten Gases herabsetzen.

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Der genannte Induktor ist im allgemeinen so angeordnet, and eingerieht, daß er mindestens zum Teil das Magnetfeld des genannten MHD-Generators erzeugt.

Zweckmäßig ist der genannte Induktor von dem MHD-rtfenerator gesondert·

Ss wird also ein feil der elektrischen Energie durch Erzeugen eines Stromflusees von den genannten Elektroden aus in einer vorherbestimmten Bichtung durch den genannten Induktor ge- · speichert und verhindert, daß der in der genannten Biohtung fließende Strom durch die Belastung fließt, und daß plötzlich mindestens ein Teil der gespeicherten elektrischen Energie zur Belastung in der Weise freigesetzt wird,daß die elektrische Leitfähigkeit des genannten Grases plötzlich vermindert wird.

Im besonderen ist in der Einrichtung für das Verfahren eine mit einem Gleichrichter in Beihe geschaltete Belastung an zwei gegenüberstehende Elektroden eines MHD-Generators angeschlossen, und zu der die Belastung und den Gleichrichter umfassenden Serienschaltung ist ein Induktor parallelgeschaltet. Der Induktor kann aus dem Magneten des Generators bestehen, er kann von | diesem gänzlich getrennt und mit dem Magneten kombiniert sein. Während des Anlaufs und im Betrieb des Generators fließt durch die Belastung kein Strom, da der Gleichrichter so eingeschaltet ist, daß dessenPolung dies nicht zuläßt. Bei Abschaltung des Generators wird dieser zu einer sehr großen Impedanz. Jedoch kann der im Induktor fließende Strom nicht sofort verändert werden. Daher kehrt sich diePolarität am Induktor um und steigt zu einer Höhe an, die im Induktor einen konstanten Strom aufrecht zu erhalten sucht. Infolge der Umkehrung der Polarität fließt nunmehr ein Strom aus dem Induktor durch den Gleichrichter und die Belastung. Der Widerstand der Belastung ist viel größer bemessen als der Widerstand desInduktors. Daher

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let der Energieverbrauch, im Induktor klein im Vergleich zu der Energiemenge, die der Belastung zugeführt wird. Nachdem der Induktor voll aufgeladen ist, wird z.B. die Strömung des Bannstoffea zum Generator abgesperrt} jedooh wird die Strömung der Luft oder des Oxydierungemittels nicht verändert. Da im Generator ein sehr schwacher oder gar kein Strom fließt, und da der Widerstand der Belastung viel größer ist als der Widerstand des Induktors, so ist die am Induktor, Generator und an der Belastung liegende Spannung gleich der an der Belastung liegenden Spannung, da der im Induktor fließende Strom nicht sofort verändert werden kann. Der umstand, daß bei MHD-Generatoren in der normalen Ausführung im Induktor Energie in einer Menge gespeichert werden kann, die das Hehrfache des Ausganges des Generators in einer Sekunde beträgt, ermöglicht eine Speisung des Induktors mit Energie In einer fast dem Ausgang des Generators entsprechenden Menge, den Generator in Zeiten pulsieren zu lassen, die kurz sind im Vergleich zu einer Sekunde und die Wiederholung des Arbeitszyklus in Intervallen von ungefähr einer Sekunde. Bei Absperrung der Brennstoffströmung zum Generator wirkt dieser als Luftstrom-Abschalter, wenn die flamme kurzzeitig gelöscht wird, weshalb der Generator sehr hohen Spannungen wiederstehen kann und kurze Entladungszeiten ermöglicht. Zum Erzeugen von sich wiederholenden Impulsen wird die !flamme in der Brennkammer des Generators für eine Zeitspanne gelöscht, die ungefähr gleich der Impulsdauer ist. Der Impuls wird zur Belastung geleitet, wonach der Generator wieder gezündet wird und den Induktor wieder auflädt, welches Verfahren fortgesetzt wird.

Die Erfindung ist nachfolgend beispielsweise ausführlich be-. schrieben. In der beiliegenden Zeichnung Bind» Fig. 1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines MHD-Generators und

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Flg. 2 eine τβreinfachte schematische Darstellung eines MHD-Generator a und der elektrischen Schaltung für den Magneten nach der Erfindung·

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nachstehend das allgemeine Prinzip erläutert, nach dem MHD-Generatoren arbeiten. Die Hg. 1 zeigt als Beispiel einen MHD-Generator in schematische r Darstellung. Nach der Jig. 1 weist der Generator einen sich allmählich erweiternden Kanal 1 auf, in den ein heifies, unter hohem Druck stehendes und elektrisch leitendes Plasma * hineingeleitet wird, wie durc^en Pfeil bei 2 angedeutet, das bei 3 (Pfeil) aus dem Kanal austritt. Der Druck am Austrittsende des Kanals ist niedriger als der Druck am Singangsende, und das Plasma durchströmt den Kanal mit großer Geschwindigkeit, wie durch den Pfeil4 angedeutet. Durch geeignete Wahl des Druckgefäßes und der Gestalt des Kanals kann erreicht werden, daß das Plasma den Kanal mit im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit durchströmt, die für den Betrieb des Generators erwünscht, jedoch nicht notwendig ist. Der Kanal wird an der Außenseite von einem fortlaufenden elektrischen Leiter in form einer Spule oder eines Induktors!? umgeben, der aus einer herkömmlichen Stromquelle oder aus dem Generator selbst mit Gleichstrom versorgt wird. Der durch den Induktor fließende elek- I trisehe Strom erzeugt im Kanal 1 einen Magnetfluß senkrecht zur Strömungsrichtung des Plasmas 4 und zur Ebene der Zeichnung.

Im Kanal sind die einander gegenüberstehenden Elektroden 6a -6d und 7a - 7d angeordnet. Diese Elektroden können sich längs des Inneren des Kanals parallel zur Hauptrichtung der Plasma-Strömung erstrecken und einander in Ebenen gegenüberstehen, die. senkrecht zur Sichtung der Plasmaströmung und parallel zur Bichtung des Magnetflusses verlaufen. Bei der hochgeschwinden Bewegung des elektrisch leitenden Plasmas durch das Magnetfeld wird zwischen den Elektroden eine gleichgerichtetej4lektromotorische Kraft erzeugt, wie durch die Pfeile bei θ angedeutet.

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An die gegenüberstehenden Paare von Elektroden 6a - 6d und 7a - 7d können über Leiter (nicht dargestellte) Belastungen oder eine Belastung angeschlossen werden,durch die der elektrische Strom unter der Einwirkung der vorgenannten gleichgerichteten elektromotorischen Kraft fließt. Z.B. können die gegenüberstehenden beiden Elektroden 6a und 7a dem Induktor Strom mit einer vorherbestimmten Sichtung zuführen, und die Elektroden 6b, 7b} 6c, 7c oder6d, 7d können je nach Erfordernis oder Wunsch einen weiteren Induktor, Inverter oder dergleichen mit Strom versorgen.

Die fig. 2 zeigt eine Brennkammer 11 und eine Brennstoffversorgungseinrichtung mit einer Brennstoffquelle, einer Quelle für das Oxydierungsmittel oder für ein die Verbrennung unterhaltendes Mittel und mit einer herkömmlichen , in die Brennst off versorgungsleitung eingeschalteten Absperreinrichtung zum Erzeugen des Plasmas 2, das in den Kanal 1 geleitet wird. Zur Erleichterung der Beschreibung der Erfindung wirdaie Induktanz des Induktors 5 durch die Induktanz Lj₄ und der Widerstand des Induktors 5 durch den der Induktanz nachgeschalteten Widerstand E_M dargestellt. Der Induktor 5 ist an die Elek- . troden 6a - 6d und 7a- 7d angeschlossen. An den Induktor 5 ist ein als Ganzes mit 13 bezeichneter Belastungskreis angeschlossen, der ein in einer Bichtung leitendes Mittel, z.B. einen Gleichrichter 14 und eine diesem nachgeschaltete Belastung 15 umfaßt. An die Elektroden 6a - 6d und 7a - 7d sind daher der Magnet (Induktor 5) und der Belastungskreis parallel angeschlossen.

Sie Polarität der Elektroden ist durch die Plus- und Minuszeichen gekennzeichnet. Dementsprechend fließt der Strom von diesen Elektroden aus durch den Induktor 5 in einer vorherbestimmten Sichtung. Der Gleichrichter I4 ist so gepolt, daß er

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ftir einen in der entgegengesetzten Sichtung fließenden Strom eine kleine Impedanz darstellt. Führt der Generator dem Induktor 5 Strom zu, so verhindert der Gleichrichter 14 einen Stromfluß durch die Belastung 15»jedoch nicht einen Stromfluß in der entgegengesetzten Bichtung·

Die Verwendung eines Induktors zum Erzeugen des Magnetfeldes erfordert in herkömmlicher Weise eine gesonderte Gleichstromquelle zum Inbetriebsetzen und zum Erzeugen eines genügend kräftigen Magnetfeldes, das den Sollwert erreicht, wenn das Plasma durch den Kanal 1 strömt. Eine solche besondere Gleichstromquelle, wie z.B. in der Fig. 1 dargestellt, erzeugt das Be st feld injäen herkömmlichen rotierenden Generatoren. Während des Anlaufs, wenn z.B. der zum Magneten fließende Batteriestrom einen Gleichgewichtβwert erreicht hat, bewirkt daher das das Magnetfeld durchströmende Plasma eine weitere Verstärkung des Magnetfeldes, da der Magnet nunmehr sowohl von der Batterie als aucbfrom Generator mit Strom versorgt wird. Zugleich mit der Verstärkung des Magnetfeldes erhöht sich auch die Generatorspannung, da diese der Stärke des Magnetfeldes proportional ist. Ein solcher Generator ist selbsterregend, d.h. er erzeugt mehr Leistung als vom Magneten benötigt wird, so daß das Feld fortgesetzt bis zum Sollwert stärker wird. Erreicht die Ausgangsspannung des Generators« die Klemmenspannung der Batterie bei geöffnetem Stromkreis, so kann die Batterie von der Anlage abgeschaltet werden. Sie besondere Art und Weise, in der der Generator in Betrieb gesetzt wird, 1st nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Es sollen nunmehr die Vorgänge betrachtet werden, die bei einem Absperren der Plasmaströmung auftreten, oder wenn, was das Gleiche ist, die elektromotorische Kraft zwischen den Elektroden oder die Leitfähigkeit des Plasmas wesentlich verringert wird. Sie elektromotorische Kraft wird nicht auf den

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Wert Null herabgesetzt, da die Geschwindigkeit des Gases nicht den Wert Null aufweist. Wie bereite erwähnt, fließt während des Anlaufs und im Dauerbetrieb des Generators kein Strom durch die Belastung, da der entsprechend gepolte Gleichrichter 14 dies verhindert. Wird jedoch die Plasmaströmung gesperrt, so wird die Impedanz zwischen den Elektroden sehr groß. Da der Strom in einem Induktor nicht sofort verändert werden kann, so kehrt sich die Polarität am Induktor 5 um und steigt zu einer Höhe an, die ausreicht, um im Induktor 5 einen konstanten Strom aufrecht zu erhalten. Infolge der Umkehrung der Polarität fließt nunmehr ein Strom aus dem Induktor 5 durch den Gleichrichter 14 und die Belastung 15.

Es sei nunmehr angenommen, der Generator nach der Pig. 2 versorge den Induktor 5 mit einer bestimmten Leistung P bei einer Spannung T und einem Strom I, so daß P * VI wird. Sie dem Induktor 5 zugeführte Leistung wird entweder als I^cB-Verlust verbraucht oder erscheint als eine Änderung der im Induktor gespeicherten Energie. Im normalen oder Dauerbetrieb erfolgt jedoch bei der in dem das Magnetfeld erzeugenden Induktor gespeicherten Energie keine Änderung, und die dem Induktor zugeführte Energie reicht gerade aus, um bei der SoIlfeidstärkβ verbraucht zu werden, die konstant bleibt. Wenn gewünscht, kann jede vom Generator zusätzlich zu der vom Magneten benötigten Leistung erzeugte Leistung einer oder mehreren äußeren Belastungen zugeführt werden.

In neuzeitlichen Anwendungsgebieten müssen Impulse mit hoher Energie (bis zu 10 Joule)einer Belastung in Perioden von einigen Millisekunden zugeführt werden. Dies kann mit Hilfe einer Ausführungeform der Erfindung in der Weise erfolgen, daß die vom Generator erzeugte Leistung dem Induktor (dem induktiven Speicher) über eine verhältnismäßig langeZeit-Periode hinweg, z.B. innerhalb einer Sekunde zugeführt wird,

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wobei im Induktor so wenig Snerie wie möglich verbraucht wird, wonach ein Teil der im Induktor gespeicherten Energie einer Belastung innerhalb einer Zeitspanne zugeführt wird, die sehr kurz im Vergleich zu der Zeit ist, in der die Energie dem Induktor zugeführt wird, welches Verfahren so oft wie gewünscht wiederholt wird·

Es hat sich gezeigt, daß bei den von Verbrennungsgasen betriebenen MHD-Generatoren die im Magnetfeld dea Generators ge- M speicherte Energie das Mehrfache des Energieausganges des Generators in einer Sekunde beträgt. Sie Erfindung ermöglicht das Entladen eines Teiles der Energie in z.B. dem Magneten eines MHD-Generators ohne Verminderung der Stärke dessen Magnetfeldes bis zu einem Punkt, an dem der Generatorausgang wesentlich vermindert wird, so daß, nachdem der Belastung ein Impuls zugeführt worden ist, der Ausgang des Generators zum sehr raschen Wiederaufladen des Magneten benutzt werden kann. Der Umstand, daß mit einem MHD-Generator normaler Ausführung Energie in Mengen gespeichert werden kann, « die das Mehrfache des Ausganges des Generators betragen, ermöglicht die Versorgung des Induktors mit dem Sollausgang des Generators und -ein Pulsierenlassen des Generators in Zeitspannen, die kurz ™ sind im Vergleich zu einer Sekunde, welche Arbeitsfolge in Intervallen von ungefähr einer Sekunde wiederholt wird. Da der Generator weiterhin sowohl als Energiequelle sowie als Schalter benutzt wird, so werden hierdurch die Schaltschwierigkeiten bei der Zuführung von kurzdauernden Impulsen großer Energie vermieden, die die älteren Einrichtungen aufwiesen.

Nach der Fig. 2 wird der Wideretand B_ der Belastung Vorzugsweise viel größer bemessen als der Widerstand B^ des Induktors, so daß der größte Teil der im Induktor gespeicherten Energie der Belastung zugeführt wird, wenn die Spule entladen wird.

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Ee sei nunmehr angenommen, daß die Arbeitsfolge beginnt, wenn der Induktor voll aufgeladen ist und daß der MHD-Generator als vollkommener Schalter wirkt, d.h. es fließt im Generator zwischen den Elektroden kein Strom. In diesem Falle ist im Zeitpunkt des Umsehaltens die Spannung V am Induktor, am Generator und an der Belastung gleich IB . wobei I der im Induktor

fließende Strom und B_ der Widerstand der Belastung ist. Der

Leistungseingang für die Belastung ist gleich IE. Die Zeit,

die zum Entladen einer dem Leistungsausgang des Generators gleichen Energie in die Belastung hie in erforderlich ist, ist ungefähr umgekehrt proportional dem Verhältnis Βχ. Die Snt-

^Ba ladezeit des Induktors soll so kurz wie möglich sein, wobei die Mindθatentladezeit von der Spannung bestimmt wird, der der Kanal des MHD-Generators widerstehen kann, der nunmehr als Schalter wirkt.

Um sich wiederholende Impulse zu erzeugen, kann die Flamme in der Brennkammer des Generators für eine Zeitspanne gelöscht werden, die ungefähr gleich der Dauer der Impulse ist. Der auf diese Weise erzeugte Stromimpuls wird der Belastung zugeführt, wonach die Brennkammer des Generators wieder gezündet und der Magnet wieder aufgeladen wird. Hiernach kann das Verfahren wiederholt werden·

Es ist für MHD-Generatoren typisch, daß sie bei hohen Ausgangsleistungen von ungefähr 20 Megawatt und mehr als Luftstrom-Ausschalter wirken, wenn die Flamme in der Brennkammer kurzzeitig gelöscht wird. Infolgedessen ist der Generator widerstandsfähig gegen sehr hohe Spannungen und ermöglicht kurze Entladezeiten. Weiterhin verbessert sich die Arbeit des MHD-Generators als Stromunterbrecher mit steigender Größe des Generators, d.h. mit dem Verhältnis Energiespeicherung / Leistungsverbrauch im Magneten. Dieses Verhältnis vergrößert sich bemerkenswert, wenn die Leistung des Generators erhöht wird.

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Erzeugt der MHD-Generator die Solleistung and wird die Brennet off strömung abgesperrt, so bewegt sich eine in der Fig. 2 mit 21 bezeichnete kalte Front durch den Kanal 1 in der Bichtung der Plasmaströmung. Die gute elektrische Leiter darstellenden heißen Verbrennungsgase befinden sichter der kalten Front oder auf deren Stromabseite, während sich hinter der kalten Front oder auf deren Stromaufseite im Vergleieh zu den heißen Verbrennungsgasen kalte Gasebefinden, die elektrisch nichtleitend sind· Damit der Generator als Stromkreisunter- % brecher wirken kann, müssen die heißen leitenden Gase aus dem Kanal und mindestens an den den Induktor mit Strom versorgenden Elektroden von den elektrisch nichtleitenden kalten Gasen verdrängt werden. Dieses Verdrängen ist möglich, bevor die Induktorspannung sich umkehrt und auf einen sehr hohen Wert ansteigt, weil bei sehr großen Generatoren die genannte kalte Front fastjdie gesamte Länge des Generators durchwandert hat, bevor die Induktorspannung ihre Polarität uakakfet. Oder andere ausgedruckt, die Polarität des Induktors kehrt sich erst um, wenn die heißen Gase fast vollständig aus dem Kanal des Generators verdrängt worden sind. Bei einem zurzeit im Aufbau befindlichen 20-Hegawatt-Generator wird geschätzt, daß ä die Umkehrung der Polarität erfolgt, wenn die kalte Front ungefähr 60 i» ihres Weges durch den Kanal durchwandert hat. Bei einem Generator mit einer Kapazität von 10.000 Megawatt kann die Umkehrung der Polarität im Magneten verzögert werden, bis die kalte Front ungefähr 95 H der Länge des Kanals durchwandert hat. Hieraus ist zu ersehen, daß duroh Erzeugen einer kalten Front im Kanal einesMHD-Generators, z.B. durch Absperren der Brennstoffzuführung oder auf andere Weise, der Generator als ausgezeichneter Luftstrom-Ausschalter wirkt, so daß die Einrichtung zum Erzeugen von sich, wiederholenden Impulsen mit außergewöhnlich großer Energie benutzt werden kann, ohne daß die bei dem herkömmlichen Einrichtung vorhandenen Schwierigkeiten auftreten·

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In einigen Fällen kann die Im Magneten des MHD-Generators gespeicherte Energie nicht den für den gewünschten Verwendungszweck geeigneten Wert aufweisen, oder die gespeicherte Energiemenge kann etwas weniger betragen als das Mehrfache des Generatοrausganges. Dementsprechend kann an die Elektroden 6a - 7a, 6b - 7b und 6c - 7c ein geeigneter Induktor- und Belastungekreis nach der Fi^.2 als gesonderter Stromkreis angeschlossen werden. In diesem Falle kann der Magnet des MHD-Generators aus einer gesonderten Gleichstromquelle mit Strom versorgt werden und/oder gesondert von den Elektroden 6d - 7d z.B. aus. Dl· Erfindung kann daher Anwendung finden» wenn ein MHD.Generator zum Aufladen einer denkbaren Kombination des Gene rat o.rmagne ten mit einem äußeren zusätzlichen Induktor verwendet wird, wobei der Generator in der zuvor beschriebenen Weise als Schalter benutzt wird. 5s ist ferner möglich, die gesamte Energie in einem äußeren Induktor zu speichern, den Generator als Schalter zu benutzen und das Magnetfeld im Generator nicht zu sturen. In diesem falle verändert sich der Strom im Generatormagneten nicht wesentlich während der Zeit, in der der Belastung einImpuls zugeführt wird, weil das Verhältnis Induktanz / Widerstand des Magneten wesentlich kleiner als Uns ist, und da die im äußeren Induktor gespeicherte Energie entladen wird. Se wird darauf hingewiesen, daß die Schaltung der Elektroden nachjder Fig. 2 den Vorzug aufweist, den gesamten Ausgang des Generators ausnutzen zu können, währeitifl zugleich ein Fluß der Hall-Ströme möglich wird. Bs kann daher in einigen Anwendungsgebieten erwünscht sein, wesentlich weniger als sämtliche Elektroden für die Versorgung des Induktors mit Energie zu benutzen, der zum Belastungskreis parallelgeschaltet ist.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   Verfahren zum Erzeugen von aufeinanderfolgenden Megawatt-Impulsen mit einer Dauer von Millisekunden in Abständen von je einer Sekunde in einer mit einem Induktor zusammengeschalteten Belastung, wobei die Speicherung einer bestimmten Menge elektrischer Energie in der Weise durchgeführt wird, daß ein Stromfluß durch den Induktor in einer vorherbestimmten Richtung bewirkt wird, wobei ein ötromfluß A durch die Belastung in der genannten Richtung verhindert wird und mindestens ein Teil der gespeicherten Energie in Richtung zur genannten Belastung durch Unterbrechen des Stromflusses zum Induktor freigesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stromfluß durch den Induktor in einer Richtung durch Anschließen des Induktors an gegenüberstehende Elektroden bewirkt wird, die in dem Magnetfeld eines MHD-Generators angeordnet sind, und zwischen denen ein elektrisch leitendes heißes Gas hindurchgeleitet wird, und daß der Stromfluß zum Induktor durch plötzliche Herabsetzung der elektrischen Leitfähigkeit des genannten Gases unterbrochen wird.

   2.Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der im genannten Induktor gespeicherten Energie freigesetzt und der übrige Teil zum Erzeugen mindestens eines Teiles des Magnetfeldes im MHD-Generator benutzt wird, und daß die Verminderung der genannten elektrischen Leit-

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   fähigkeit für eine Zeitspanne bewirkt wird, die kurz ist im Vergleich, zu einer Sekunde.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der genannten elektrischen Leitfähigkeit periodisch durchgeführt wird.

   4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit durch Herabsetzen der (Temperatur des genannten Gases durchgeführt wird.

   5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit durch plötzliches und periodisches Absperren der Strömung eines Brennstoffes bewirkt wird, dessen Verbrennungsprodukte, und ein Oxydierungemittel das genannte Gas bilden.

   6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3* dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit durch plötzliches und periodisches Absperren der Strömung eines Oxydierungsmittels bewirkt wird, das mit den Verbrennungsprodukten eines Brennstoffes zur Bildung des genannten Gases benutzt wird.

   7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit des genannten Gases für eine Zeitspanne bewirkt wird, die kurz ist im Vergleich zu der Zeit, in der die elektrische Leitfähigkeit des genannten Gases nicht herabgesetzt ist.

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   θ. Einrichtung zum Erzeugen von elektrischen Impulsen in einer mit einem Induktor zusammengeschalteten Belastung nach dem Verfahren nach Anspruch1, gekennzeichnet durch einen MHD-Generator zum Erzeugen eines elektrischen Stromes in einer vorherbestimmten Richtung, wobei in einem Hagnetfeld zwischen zwei einander gegenüberstehenden Elektroden (6a - 6d und 7a - 7d) eine gleichgerichtete elektromotorische Kraft in der Weise erzeugt wird, daß zwischen den genannten Elektroden ein heißes, elektrisch leitendes Gras hindurchgeleitet wird, wobei der genannte Induktor (5) zwischen die genannten Elektroden geschaltet ist, und wobei die genannte Belastung aus einem in einer Richtung leitenden Mittel (H) besteht, das an das eine Ende des genannten Induktors (5) angeschlossen ist und für den Strom in der genannten vorherbestimmten Richtung eine hohe Impedanz darstellt, und durch eine Einrichtung zum plötzlichen Vermindern der genannten elektromotorischen Kraft.

   9· Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die " genannte vermindernde Einrichtung die genannte elektromotorische Kraft für eine Zeitspanne vermindert, die kurz ist im Vergleich zu einer Sekunde«

   1O.Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vermindernde Einrichtung die genannte elektromotorische Kraft periodisch vermindert.

   .Einrichtung naoh einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vermindernde Einrichtung die genannte elektromotorische Kraft durch Herabsetzen der Temperatur des genannten Gases vermindert. 9Q9825/0564 -20-

   12.· Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte vermindernde Einrichtung die Temperatur des genannten Gases durch Absperren der Strömung eines Bestandteiles des gen»ηnten Gases herabsetzt.

   13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Induktor so angeordnet und eingerichtet ist, daß er mindestens zum i'eil das Magnetfeld des genannten MHD-Generators erzeugt.

   14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Induktor vom genannten MHD-Generator gesondert ist.

   909825/0564