DE1513729A1 - Elektrode fuer magnethydrodynamische Vorrichtungen - Google Patents

Description

• "Elektrode für magnethydrodynamische Vorrichtungen". Die Erfindung bezieht sich auf Elektroden für magnethydrodynamische (anschliessend als MHD bezeichnet) Vorrichtungen. MHD-Vorrichtungen weisen MHD-Generatoren auf, die elektrische Kraft durch die Bewegung eines elektrisch leitenden Mediums oder Plasma im Verhältnis zu einem magnetischen Feld erzeugen. Das verwendete Plasma ist im allgemeinen ein elektrisch leitendes Gas von einer Quelle hoher Temperatur und hohen Druckes. Von dieser Quelle fliesst das Plasma durch den Generator und infolge seiner Bewegung im Verhältnis zum magnetischen Feld v induziert es eine elektromotorische Kraft zwischen entgegengesetzten Elektroden im Inneren des Generators. Das das Plasma darstellende Gas kann zu einem Auslass geleitet werden, der einfach die freie Aussenluft ist, Oder in besser ausgearbeiteten Anlagen kann ch::s Gas in ein Wiedergewinnungssystem geleitet werden, das eine Pumpe aufweist, ucndüs G<-:s zu der <:`;uelle zurückzuführen. Die Leitfähigkeit des Gases kann thermisch und/oder durch Impfen mit einer Substanz herbeigeführt werden, die bei :der aroeitstemperutur des Generators ohne weiteres iorLi:iiei@t. iUür Irn@@f'@;reuke k.;nnen Natrium, Kalium, Z_:sium oder ein i,lk#zlirnetalldampf' verwendet werden. Un.bl:äni -tun darr: verwendeten Gas oc-r der Hrt des Impfens enthalten die sich ergebenden Gase eine Mischung von Elektronen, positiven Ionen und neutralen l'.tomen, die der Einfachheit halber als "Plasma" bezeichnet werden. Ein MHD-Generator, der beschriebenen Art verwendet normalerweise ein stationäres magnetisches Feld und einen GLsfluss in einer Richtung. i:ls Ergebnis ist solch ein Generator inhärent eine Gleichstromquelle. Wenn üechselstrom gewünscht wird, wird irgend eine Art von Hilfsgeräten normalerweise vorgesehen, um den Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln. MHD-Vorrichtungen umfassen auch MHD-Pumpen, die das Gleichstrommotorprinzip verwenden, d.h. ein leitendes Medium wird als ein Draht oder Leiter angesehen, der in einem magnetischen Feld aufgehängt ist und einen Strom hat, der gegenseitig senkrecht zur Länge des Leiters und dem magnetischen Feld fliesst. Unter diesen Bedingungen wird eine Kraft in dem Leiter induziert, die das Bestreben hat, ihn in einer Richtung zu bewegen, die gegenseitig senkrecht zu dem Stromfluss und magnetischen Fluss liegt. Wenn diese Kraft auf einen flüssigen Leiter zur Einwirkung gebracht wird, dann tre.J_bt sie den flüssigen Leiter in der gleichen Art und Weise wie eine übliche Pumpe. Derartige Pumpen sind in der Laboratoriumsarbeit durchaus normal geworden und im Zusammenhang mit der Bewegung von flüssigem Natrium und flüssigem Natrium-Kalium in Kernreaktoren. Elektroder= zum Hindurchlassen des elektrischen Stromes durch den flüssigen Leiter innerhalb des magnetischen Feldes liegen in dem B&uteil, der im allgemeinen als der Hals der Pumpe bezeichnet wird.
• 4 i,IiD-Vorrichtungen.schliessen ausserdem MHD-Beschleuniger ein, die in im wesentlichen der gleichen Art und Weise gebaut sind und arbeiten, wie MHD-Pumpen, wobei der Unterschied der ist, dass, während MHD-Pumpen im allgemeinen zum Pumpen von Flüssigkeiten verwendet werden, MHD-Beschleuniger im allgemeinen verwendet werden, um ein elektrisch leitendes Gas zu beschleunigen. Die Erfindung ist eine Verbesserung gegenüber der Elektrodenbauweise, die in der gleichzeitig laufenden Patentanmeldung des gleichen Anmelders, Aktenzeichen 45713, eingereicht am 1o. April 1964, beschrieben ist.
• Kur tgesagt umfasst die darin beschriebene Elektrode einen metallischen Endteil, der dem elektrisch leitenden Gas

  ausgesetzt ist und versehenVmit mindestens einem Ein-

  schnitt in der Endoberfläche, der mit einem wärmefesten Füllmaterial gefüllt ist, das bei der Arbeitstemperatur des G#_ses elektrisch leitet und ein Isolator bei einer Temperatur ist, die wesentlich geringer liegt als die Arbeitstemperatur des Gases. Ein Teil des äussersten Endes des Metallmaterials bleibt dem Gas ausgesetzt, so dass es die Scherbeanspruchungen infolge der Reibung des Gases erträgt. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrode für eine MHD-Vorrichtung vorgesehen, die eine Leitung hat, um einen elektrisch leitenden Gasstrom bei einer Temperatur von mindestens 1093o C durch ein magnetisches Feld zu leiten, dadurch gekennzeiohnet, dass es metallische Basisteile hat, die einen Teil von mindestens einer Wandung der genannten Leitung bilden und senkrecht zur Strömungsrichtung angeordnet und mit einer Abmessung in der genannten Strömungsrichtung, die klein im Verhältnis zu ihrer Abmessung senkrecht zu der Strömungsrichtung ist, ein Material, das bei der Arbeitetemperatur des genannten Gases elektrisch leitet und ,in wesentlichen elektrisch nicht leitend ist bei einer Teratur, die we- sentlich geringer ist als die des genannten Gases, wobei dieses Material in Berührung mit der Oberfläche eines jeden metallischen Unterteiles in der Nähe des Gases ist und diese Oberfläche berührt und sich in der genannten Strömungsrichtung erstreekt,_mit einer Kühleinrichtung für jeden metallischen Grundteil, einer Abstandseinrichtung zum elektrischen Isolieren benachbarter metallischer Grundteile voneinander und mit einer weiteren Vorrichtung, um im wesentlichen einen Fluss von elektrischem Strom parallel zu dem genannten Strom und durch das Material zu verhüten, das benachbarte metallische Grundteile abdeckt.
• Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer in den beigefügten.schematischen Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele. Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Metallteil, der einen Teil einer Elektrodeneinrichtung bildet, die die vorliegende Erfindung verkörpert, Fig. 2 ist eine teilweise Endansicht nach der Linie 2-2 der Fig. 1, Fig. 3 ist eine Schnittansicht von Elektroden, die die vorliegende Erfindung verkörpern, Fig. 4 ist eine Schnittendansicht einer abgewandelten Ausführungsform, Fig. 5 ist eine Schnittendansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform, Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer ringförmigen Platte, die Elektrodeneinrichtungen gemäss der vorliegenden Erfindung aufweist, Fig. 7 ist eine bruchstückweise Zuerschnittsansicht einer Elektrode mit Leitern, und Fig. 8 ist eine bruchstückweise Querschnittsansicht einer weiteren abgewandelten Ausführungsform.
• Fig. 1, 2 und 3 zeigen eine Elektrodeneinrichtung, die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung gebaut ist. Wie am besten in Fig. 1 und 2 gezeigt, ist ein metallischer Hauptteil 1o, wie etwa ein Kupferteil, mit einem Kanal 1l zur Aufnahme eines Kühlmittels versehen, wobei ein Endteil 12 mit einer Nut oder einem Einschnitt 13 versehen ist, der sich über die gesamte Länge des Bauteils erstreckt. Die Nut oder der Ausschnitt 13 ist mit einem Halbleitermaterial 14 (in Fig. 3 gezeigt) gefüllt, wie genauer nachstehend beschrieben. Wenn sie in eine MHD-Vorrichtung eingebaut sind, müssen die Elektroden natürlich elektrisch voneinander isoliert sein, um eine Kurzschlussbildung zu verhüten. Ein Druck aushaltendes Isoliermaterial 15, wie etwa Polytetrafluorä.thylen, Kork, Gummi od. dgl. ist in den Niedertemperaturbereichen und an der nicht gezeigten Bodenoberfläche, die von dem Gas entfernt ist, angeordnet und ein hitzebeständiges Material (oder das Halbleitermaterial 14, wie in Fig. 3 gezeigt), wie beispielsweise Tonerde, Magnesia, Kieselerde und Zirkon, ist zwischen den oberen Teilen der Seitenoberflächen 18 und 19 benachbarter Teile angeordnet. Ein geeignetes feuerfestes Material sollte bei der Durchschnittstemperatur der Leitungswandungen elektrisch nicht leitend sein, es sollte keine bei niederer Temperatur schmelzenden Mischungen bilden oder chemisch mit den Materialien reagieren, die verwendet werden, um die Leitungswandungen herzustellen, und es sollte in der Lage sein, Hitzebeanspruchungen und Stösse bei Temperaturen auszuhalten, die für MHD-Vorrichtungen charakteristisch sind und sollte weiterhin gegenüber Veri brennungsprodukten chemisch neutral sein. Die elektrisch leitenden Gase oder Plasmen, die heute in MD-Vorrichtungen verwendet werden, sind entweder Edelgase, die auf eine Temperatur von mindestens 1093o C oder mehr erhitzt werden, oder Verbrennungsprodukte bei einer -Temperatur von ungefähr 26oo0 C. Demgemäss muss eine Elektrode zur Verwendung in MD-Vorrichtungen in jedem Falle Temperaturen ausgesetzt werden, die höher liegen a18 1093o C und die über reinen beträchtlichen Bereich schwanken können und muss am wahrsoheinlichsten einem korrodierenden und/oder oxydierenden Plasma ausgesetzt werden. Unter diesen Bedingungen hat es sich gezeigt, dass ein Halbleitermaterial am geeignetsten ist. Das Halbleitermaterial kann mit einem elektrisch emittierenden Material für Emitterelektroden gedopt werden.
• Während die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung eines Halbleiters oder von feuerfestem Material begrenzt ist, wird sie der Einfachheit halber und als Beispiel in dieser Weise beschrieben. Ob nun feuerfest oder nicht, sollte das in den Nuten 13 eingebrachte Material nicht oxydierbar sein, wenn es dem elektrisch leitenden Gas ausgesetzt ist und sollte einen geringen Expansionskoeffizienten haben, um ein Springen, Absplittern od. dgl. zu verhüten oder zumindestens auf ein Minimum zu verringern. Die elektrische Leitfähigkeit des Halbleitermaterials hängt, von der Temperatur ab. So hängt für ein gegebenes elektrisch leitendes Gas oder Plasma und eine Elektrodenkonstruktion die Temperatur der freiliegenden Oberfläche des Halbleitermaterials von dem Gastemperaturgradienten in der Grenzschicht ab und da die Leitfähigkeit von Gasen sehr stark von der Temperatur abhängt, hängt die Joulezerstreuung in der Grenzschicht von der Temperatur der Grenzschicht ab. Weiterhin reagiert bei vielen Anwendungsgebieten das in MHD-Vorrichtungen verwendete elektrisch leitende Gas mit den feuerfesten Elektrodenmaterialien, wie etwa Kohlenstoff, Wolfram, Molybdän, Kolumbian od. dgl. und verbraucht es daher.
• Ein bekanntes Halbleitermaterial, das sich als zufriedenstellend herausgestellt hat, ist Zirkoniumoxyd mit ungefähr 6,# Mol-Prozent Kalziumoxyd. Während solch ein Material ebenso gut in einer neutralen Atmosphäre wie in einer oxydierenden Atmosphäre dient, können andere Materialien, wie beispielsweise Zirkondiborid oder Zirkonnitrid ohne Zuschläge oder feuerfeste Keramikmaterialien, die entweder mit Bariumoxyd oder Kalziumoxyd od. dgl. gedopt sind, in einer neutralen oder nichtoxydierenden Atmosphäre verwendet werden. Als Beispiel ist für thermisch emittierende Elektroden ein geeignetes Niveau von thermischer Emission von mindestens der Grössenordnung von 1o Amper@je Quadratzentimeter in MHD-Generatoren erforderlich und loo Ampere je Quadratzentimeter in PIHD-Beschleunigern erforderlich. Wie bereits vorher festgestellt, schafft Zirkonoxyd, das mit 6,4 Mol-Prozent Kalziumoxyd gedopt ist, zufriedenstellende elektrische Merkmale. Das Kühlen des metallischen Teils der Elektrode ist zum kontinuierlichen Dauerbetrieb notwendig, und insbesondere dann, wenn das elektrisch leitende Gas sich auf einer Temperatur von ungefähr 26ooo C befindet, wie dies für entsprechend elektrisch leitendes Gas der Fall ist,. das aus Verbrennungsprodukten besteht. Typischer Weise kann durch Kühlung der Metallteil der Elektrode auf einer Temperatur von nur 26o0 C gehalten werden. Der Metallteil 1o der Elektrode kann aus jedem beliebigen geeigneten Metall bestehen, wie beispielsweise Kupfer, Nickel oder Stahl. Im Vergleich zu einer Elektrode mit einem Metallteil, der aus Kupfer od. dgl. besteht, kann Nickel oder Stahl verwendet werden, worin es erwünscht ist, ein Kühlmittel zu verwenden, das bei hoher Temperatur und hohem Druck arbeitet, wie etwa Wasser bei 2o40 C und einem Druck von 70,31 kg/cm2. Für die Mindestreibungswirkung sollte die Elektrode so ausgerichtet sein, dass längliche Nuten oder Einschnitte senkrecht zur Gasströmungsrichtung liegen. Das Halbleitermaterial kann in geeigneter Weise in den Nuten oder den Einschnitten abgelagert sein, etwa durch ein Spachteln, Brennen oder durch eine Plasmasprühtechnik. Es ist jedoch klar, dass die vorstehende Erfindung nicht auf die Art der Nuten begrenzt ist, die gezeigt und beschrieben sind, da zahlreiche Arten von Höhlungen verwendet werden können, um das Halbleitermaterial in geeigneter Art und Weise aufzunehmen. Wenn so keine Hall-Spannung vorhanden ist". oder diese gering ist, können die Elektrodennuten parallel zur Gasströmungsrichtung angeordnet werden. Eine geeignete Tiefe und Breite der Einschnitte wird im wesentlichen durch die Wärmemerkmale der Halbleitermate-, rialien bestimmt. Die Tiefe und Breite der Einschnitte wird vorteilhafter Weise in einer solchen Art und Weise gewählt, dass die gewünschte Oberflächentemperatur des Halbleitermaterials in dem Einschnitt vorhanden ist, was zu einer maximalen elektrischen Leitfähigkeit führt und dadurch einem Minimum an Elektrodenabfall für das besondere ausgewählte Material. Die optimale Temperatur wird selbstverständlich durch die Zusammensetzung des ausgewählten Materials be4timmt. Als Beispiel kann gesagt werden, dass eine Temperatur von ungefähr 18460 C an einem Teil der freiliegenden Oberfläche des Zirkons sich als zufriedenstellend gezeigt hat. Die Aufmerksamkeit wird nun insbesondere auf den verhältnismässig schmalen herausragenden Teil 2o gerichtet, der durch das Vorsehen der zweiseitigen Nut 13 gebildet wird. Aus einer Überprüfung der Fig. 3 zeigt sich, dass der Endteil 12 eines jeden Bauteiles, das mit dem Gas in Berührung kommt, aus einer ersten Endoberi'.iäcbe 21 und einer zweiten grösseren Endoberfläche 22 besteht, aie weiter von dem Gas entfernt liegt, oder der ausgesetzten Oberfläche 23 des Halbleitermaterials als die zuerst erwähnte Endoberfläche 21. Die Abmessungen der Endteile 12 eines jeden Bauteils in der Nähe des Gases ist vorzugsweise gering in Richtung des Gasstromes (von links nach rechts für das Beispiel in Fig. 3) verglichen mit den Abmessungen der Bauteile senkrecht zur Richtung des Gasstromes. Demgemäss ist die Stärke des Halbleitermaterialt3, das jeden herausragenden Teil 2o (oder die Oberfläche 21) deckt, geringer als die Stärke des Halbleitermaterials, das den Rest eines jeden Teiles (oder der Oberfläche 22) deckt. Wegen der hohen Wärmeleitfähigkeit des Metallteiles einschliesslich des herausragenden Teiles 2o im Vergleich zu der des Halbleitermaterials, ist die Temperatur an der Oberfläche 23 des Halbleitermaterials über den zweiten oder entfernter liegenden Oberflächen 22 nahe der des Gases, während die Temperatur des Halbleitermaterials an den herausragenden Teilen oder der Oberfläche 21 wesentlich geringer@ist. Wie nun klar ist, kann die Stärke des Halbleitermaterials über den herausragenden Teilen 2o in einfacher Weise ausgewählt werden, um eine Temperatur in diesem ganzen Bereich zur Verfügung zu stellen, die geringer ist als die, bei der das Halbleitermaterial elektrisch leitend ist, wodurch eine hohe Impedanzzone zwischen dem Halbleitermaterial vorhanden ist, das die benachbarten Teile bedeckt. Die Temperatur der ausgesetzten Oberfläche 23 des Halbleitermaterials über die zweite Oberfläche 22 nähert sich der des Gases und ist daher elektrisch leitend. Die Tiefe oder Stärke des Halbleitermaterials über die zweite Oberfläche muss optimal sein, da flache Nuten bewirken, dass das Halbleitermaterial zu kalt wird und daher eine schlechte Leistung die Folge ist. Während andererseits sehr tiefe Nuten die elektrische Leitfähigkeit des Halbleitermaterials erhöhen, bewirken diese Nuten, dass das Halbleitermaterial zu heiss wird und dadurch zu einer Erosion der Elektrode und einem erhöhten Druckabfall führt. In tatsächlichen Tests zeigten sich Nuten von 2,54 mm Tiefe (senkrecht zur Richtung des Gasstromes) und 5,08 mm Breite (in Richtung des Gasstromes) zufriedenstellend für einen Kärmefluns von o,75 x 106 Btu/Std. ft.2. Eine gute Faustregel zum Wählen einer Nutenbreite ist die, dass die Nutenbreite zwischen ein bis zweimal der Nutentiefe liegen sollte. Es stehen theoretische Betrachtungen zur Verfügung, um zufriedenstellende Breiten für die herausragenden Teile 2o als auch für die Nutentiefe für gegebene Wärmeübertragungsgeschwindigkeiten zu wählen. In der Praxis ist es wünschenswert, die Breite der Grundteile 1o so gering als praktisch möglich zu machen, so dass die Höchstzahl von Elektroden verwendet werden kann. In den vorstehend erwähnten tatsächlichen Tests wurde ein Elektrodenabfall von ungefähr 18 Volt gemessen, wenn das Halbleitermaterial, das aus Zirkon bestand, in einer Nut von 2,54 mm x 5,o8 mm untergebracht war, sich auf einer Temperatur zwischen 1667o C und 172o° D befand, während bei 184o° bis 189o° C der Elektrodenabfall ungefähr 12 Volt betrug. Wie nun klar ist, funktioniert das Halbleitermaterial wie in Fig.'3 gezeigt um eine stabile, glatte und kontinuierliche Oberfläche zu schaffen, worin abwechselnde, im Abstand voneinander liegende Teile als elektrisch leitende Elektroden funktionieren, um das Leiten von Strom in einer Richtung senkrecht zur Richtung des Gasstromes zu gestatten und die Teile des gleichen Materials zwischen den abwechselnden, im l:bstand voneinander liegenden Teilen wirken als elektrisch nicht leitende Isolatoren und verhindern das Leiten von Strom in einer Richtung parallel zur Richtung des Gasstromes, d.h. das Material zwischen den abwechselnden elektrisch leitenden Teilen schafft hohe Impedanzzonen, die mindestens im wesentlichen das Fliessen von Strom parallel zur Richtung des Gasflusses zwischen dem Halbleitermaterial, das benachbarte Bauteile verdeckt, verhindern Aus Fig. $ ergibt sich, dass die darin gezeigte Anordnung identisch der in Fig. 3 gezeigten ist, mit der Ausnahme, dass feuerfestes Material 16, das bei der Arbeitstemperatur des Gases, wie etwa Tonerde, elektrisch nicht leitend ist, zwischen den oberen Teilen der benachbarten Teile 1o angeordnet ist und sich zur freiliegenden Oberfläche 23 des Halbleitermaterials 14 erstreckt. Während die Ausdehnung des elektrisch nicht leitenden, feuerfesten Materials 16 nicht wesentlich für das Verhüten von Stromfluss in einer Richtung parallel zur Richtung des Gasstromes ist (beispielsweise der Fluss der Hallströme) erhöht es die Impedanz zwischen den elektrisch leitenden Zonen. Wegen der strukturellen Starrheit dieses Materials bei im wesentlichen allen Temperaturen verträgt es die Scherbeanspruchungen infolge der Gasreibung und verringert dadurch die Erosion oder ein mögliches Fliessen des Halbleitermaterials. Das Isoliermaterial 15 schafft eine Gasdichtung. Fig. 5 zeigt eine weitere Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 3, worin die Nut oder der Einschnitt 13 nach Fig. 2 die Form einer üblichen dreiseitigen Nut 24 hat. Obwohl hier rechteckige Nuten als Beispiel gezeigt und beschrieben sind, sollte es doch klar sein, dass die Erfindung nicht darauf begrenzt ist und eine andere Nutgestaltung verwendet werden kann. Fig. 6 zeigt die vorliegende Erfindung, die in Übereinstimmung mit Fig. 4 einen Teil einer ringförmigen Metallplatte loa bildet. Eine Vielzahl solcher Platten kann verwendet werden, beispielsweise, um den Teil einer Leitung eines Hallstrom-MHD-Generators oder Beschleunigers zu bilden. Wahlweise können die Platten von einer abweichenden Gestalt sein, wie etwa im allgemeinen rechteckig und können den Teil einer Leitung eines Diagonal-MHD-Generators bilden, worin die Elektroden nicht kurz geschlossen sind. Bei einem Diagonal-MHD-Generator oder Beschleuniger werden die Platten im allgemeinen in einem vorher bestimmten anderen Winkel als goo zur Richtung des Gasstromes angeordnet, so dass sie einer gleichpotentiellen Oberfläche folgen oder mindestens ungefähr folgen.. In Hall-Strom-Generatqren liegt dig Ebene der gleichpotentiellen Ober -flächen senkrecht zur Richtung des Gasstromes. Fig. 7 und Fig. $ sind eine bruchstückweise bzw. Schnittansicht einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung, wie in Fig.-6 gezeigt. Unter Hinweis auf Fig. 7 ist klar, dass kontinuierliche ringförmige Leiter 3o und 31, die in das Halbleitermaterial 14 eingebettet sind, in elektrischem Kontakt mit dem Bauteil 1o an ihrer äusseren Peripherie 32 und 33 stehen, während ihre innere Peripherie 34 und 35 in der Nähe der Oberfläche 23 liegt. Die Leiter 30 und 31 bestehen vorzugsweise aus einem hochfeuerfesten Material, wie etwa Zirkondiborid (ZrB2) das eine Resistivität von ungefähr 50 x 1 0 6 Ohm/em hat und einen Schmelzpunkt von ungefähr 282o° C. Während zwei Leiter in Fig. 7 gezeigt sind, ist es klar, dass nur einer oder eine grössere Anzahl verwendet werden kann. Die Leiter 30 und 31, abhängig beispielsweise von der Maximaltemperatur die sie aushalten müssen und den Bedingungen, unter denen der Generator arbeiten soll, können bezüglich ihrer inneren Peripherie dem Gas ausgesetzt oder vollständig in dem Halbleitermaterial eingebettet sein. Wenn Material wie etwa Zirkondiborid nicht verwendet wird, sollten die Leiter aus einem Hoehtemperaturmetall bestehen, wie etwa Platin und rostfreiem.Hochtemperaturstahl, aber es muss auf das Leiten von Wärme durch das Metall und auf die Wärmebeanspruchungen durch das Metall hindurch geachtet werden. Es ist bedeutsam, darauf hinzureisen, dass die innere, Peripherie der Leiter 3o und 31 (sowie auch des Leiters 41 nach Fig. 8) in oder mindestens in der.Nähe den elektrisch leitenden Teils des Halbleitermateriale 14 enden und dadurch einen Pfad niederen Widerstandes tUr den elektrischen Strom bilden ( verglichen mit dem des halbleitenden Materials in der Nähe des Bauteile 1o): Es ist jedoch wichtig, darauf hinzuweisen, dass das Halbleitermaterial 14, wenn es über einen wesentlichen Bereich mit einer Oberfläche niedriger Temperatur in Berührung steht, wie etwa der des Bauteiles 1o, an dieser Stelle ein schlechter Leiter ist. Wenn so Strom durch solch eine Barriere hohen Widerstandes in einer Elektrode fliessen muss, wird ein grosser Spannungs- oder Elektrodenabfall erzeugt. Demgemäss müssen die Leiter 3o und 31, die in das Halbleitermaterial 14 eingebettet sind, so angeordnet und angepasst werden, dass, während sie mit dem heissen oder elektrisch leitenden Teil des Materials 14 in Verbindung stehen und damit einen niederen Widerstahdspfad für den Stromfluss von oder zu diesem Bereich schaffen, sie keinen grossen'oder bedeutsamen Wärmepfad von diesem Bereich zu irgend einem kühlen Teil bilden, oder die Temperatur des elektrisch leitenden Teils des Materials 14- verzerren oder verringern. Die vorstehende Anforderung kann in einfacher Weise beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Leiter mit einem dünnen Querschnitt versehen.werden und/oder nur genügend elektrischer Kontakt an im Abstand voneinander liegenden Punkten zwischen den Leitern und dem Bauteil 1o beispielsweise schaffen, um den Zeichenstrom (design current) der Elektrode zutragen, aber keinen beträchtlichen -,iärmewert aus dem Material 14 durch die Leiter 3o und 31 zum Bauteil 1o hindurchfliessen zu lassen. Allgemein gesagt, sind. die Grundanforderungen für die Auswahl und Gestaltung eines Leiters,'der in Material 14 eingebettet ist, die, dass der Leiter besser leitend sein muss als der elektrische Teil des Halbleitermaterials und der Leiter muss ausserdem in der Lage sein, die MHD-Betriebstemperatur innerhalb der Leitung auszuhalten, der Leiter darf nicht mit dem Halbleitermaterial reagieren, der Leiter muss in der Lage sein, wesentliche Wärmebeanspruchung auszuhalten oder in einer Art und gebaut sein, dass er Wärmebeanspruchungen ausschaltet und es muss eine solche Gestaltung gewählt werden, dass der Elektrodenstrom vollständig von alleine oder zu einem Grundteil geführt wird, während die Wärmemuster, die in dem Halbleitermaterial vorhanden sind, nicht wesentlich verzerrt werden und insbesondere die Wärmemuster in den elektrisch leitenden Teilen des Halbleitermaterials. Die in Fig. 7 gezeigte Anordnung wird für einen Diagonal-NgiD-Generator bevorzugt, wo Strom durch die Leitung zwischen entgegengesetzt angeordneten' Elektrodeiund von dort zu einem Verbraucher fliesst. Während eine zylindrische Leitung vorgeschlagen wurde, ist es klar, dass die Leitung eine rechteckige oder eine andere Gestalt aufweisen kann. Weiterhin kann die in Fig. 7 gezeigte Anordnung auch in Hall-Stromgeneratoren verwendet werden. Für eine einzige Leiteranordnung, bei der ein Einzelleiter in das Halbleitermaterial eingebettet ist, verläuft eine bevorzugte Stelle entlang einer konstanten Temperaturleitung, wie etwa in der Nähe der Seitenwandung 36, wo in diesem Falle die Wärmeabfälle mehr oder weniger senkrecht zur Richtung des Gasstromes liegen, d.h. zur Oberfläche 23. Bei der Herstellung einer Elektrode kann ein Halbleitermaterial, wie etwa Zirkonerde das auf 149o° C gebrannt ist, den Hauptteil des Hauptleitermaterials 14 ausmachen. Nach dem Anbringen eines Leiters am Grundteil, wie beispielsweise des Leiters 31.in Fig. 7, können der Leiter und die Oberflächen 21, 36 und 22 mit Halbleitermaterial in Pastenform abgedeckt werden und das gebrannte Halbleitermaterial maschinell bearbeitet werden, um einen passenden Sitz zu erreichen. Danach kann der gesamte Aufbau bei einer geeigneten Temperato:- vulkanisiert werden, wie etwa 3160 C um das gebrannte lrialb f @: ia,ermaterial in dem Grundteil festzulegen. Die in Fig. 8 gezeigte Anordnung umfasst einen drahtartigen Leiter #1, der in dem Halbleitermaterial 14 eingebettet ist. In diesem Falle ist darauf hinzuweisen, dass der Leiter 41 nicht in elektrische Berührung mit dem Hauteil 1o steht. Diese Anordnung eignet sich sehr zur Verwendung in Hall-Strom-Generatoren, worin ein Querstromfluss durch die Leitung im allgemeinen kurz geschlossen wird. Es ist nun klar, dass die Leiter, die in das Halbleitermaterial eingebettet sind, eine grosse Anzahl verschiedener Gestalten haben können, _bei§$,ielswei$e drahtartig, ringförmig, T-förmig, L-förmig, U-förmig, plattenartig und . segmentartig. Weiterhin können die Leiter in kontinuierlichem Kontakt, diskontinuierlichem Kontakt mit einem kühlen Metallgrundteil stehen oder elektrisch davon iso -liert sein. Beispielsweise können Drähte od.,dgl. (die durch die gebrochene Linie 4.2 bezeichnet sind) verwendet werden, um einen elektrischen Kontakt zwischen einem eingebetteten Leiter und einem kühlen Grundteil herzustellen, die andernfalls wirksam elektrisch und durch Wärme voneinander isoliert sind. Wo eine genügende Wärmeübertragung zum Halbleitermaterial vorhanden ist, können die Leiter unter der Oberfläche 23 und in der Nähe des elektrisch leitenden Teiles des Halbleitermaterials enden, um den gewünschten Elektrodenabfall zu schaffen. Jedoch kann unter niedrigen Wärmeübertregingsbedingungen und wenig oder keine Reaktion zwischen. den Leitern und dem Gas die innere Peripherie der Leiter dem Aras ausgesetzt werden.
• In diesem Falle wirkt der Leiter nicht als die Elektrode, da der Stromfluss noch zwischen dem Materiäl 14 und dem Leiter erfolgt. Wie bereits vorher feetgesteiltY, können diese Leiter kontinuierlich und in sich selbst geachlossen sein, wenn es erwünscht ist, einen Kurzschluss zu schaffen, oder die Leiter können diskontinuierlich sein, wo es erwünscht ist, einen Verbraucher an den Generator anzuschliessen.

Claims (12)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. ,_ Elektrodeneinrichtung für eine MHD-Vorrichtung mit einer Leitung zum Leiten eines elektrisch leitenden Gasstromes mit einer Temperatur von mindestens lo93o.C durch ein magnetisches Feld, d a d u r c h g e k e n n ze i c h -n e t , dass sie metallische Grundteile hat, die einen Teil von mindestens einer Wandung der genannten Leitung bilden, senkrecht zur Stromrichtung und mit einer Abmessung in der genannten Stromrichtung, die gering ist im Vergleich zur Abmessung senkrecht zu'der Stromrichtung, ein Material, das elektrisch bei der Betriebstemperatur des genannten Gases leitet und im wesentlichen nicht leitend ist, wenn es eine Temperatur hat, die wesentlich geringer ist als die des genannten Gases, wobei dieses Material in Berührung mit der Oberfläche eines jeden letallgrundteiles in der Nähe dieses Gases steht und sich in der genannten Stromrichtung erstreckt,, eine Kühleinrichtung für jeden metallischen Grundteil, eine Abstandseinrichtung, um elektrisch benachbarte Metallgrundteile voneinander zu isolieren, und weitere Einrichtungen, um mindestens im wesentlichen einen Fluss von elektrischem Strom parallel zu und durch das Material zu verhindern, das die benachbarten metallischen Grundteile bedeckt.
2. 2. Elektrodeneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Einrichtung so ist, dass sie im Abstand voneinander liegende Hochimpedanzzonen in dem genannten Abdeckmaterial aufweist.
3. 3. Elektrodeneinrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Einrichtung ein zweites Material umfasst, das im wesentlichen bei der Betriebstemperatur des genannten Gases elektrisch nicht leitend ist.
4. Eine Elektrodeneinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Einrichtung eine thermisch leitende Einrichtung in Wärmeberührung mit jeder in der Nähe des Gases liegenden Oberfläche der Metallgrundteile aufweist und sich zu einem Punkt in der Nähe der freiliegenden Oberfläche des genannten Abdeckmaterials erstreckt, wodurch die Temperatur des genannten Abdeckmaterials, wo es die wärmeleitende Einrichtung abdeckt, auf einem Wert gehalten wird, der genügt, um das Material im wesentlichen elektrisch nicht leitend zu machen.
5. 5. Elektrodeneinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmaterial ein Halbleitermaterial ist.
6. 6. Elektrodeneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmeleitende Einrichtung aus einem aus einer oder beiden Seiten der gasnahen Oberfläche eines jeden metallischen Grundteiles herausragenden Teil besteht.
7. 7. Elektrodeneinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material ein feuerfestes Material ist das zwischen das Abdeckmaterial eingeführt ist und es trennt, das jeden metallischen Grundteil bedeckt.
8. 8: Elektrodeneinrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis ?, dadurch gekennzeichnet, dass jeder metallische Grundteil einen Teil einer Metallplatte umfasst, der eine mutige Öffnung aufweist und mindestens ungefähr entlang gleich potentiellen Oberflächen liegt, wenn die Mtü3-Vorrichtung bei ihren Konstruktionsbedingungen arbeitet.
9. 9. Elektrodeneinrichtung nach einem beliebigen der AnsprUehe 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmaterial eine Einrichtung aufweist, die mindestens teilweise darin eingebettet ist und eine elektrische Leitfähigkeit hat, die grösser ist als die des Abdeckmaterials bei erhöhter Temperatur. lo.
10. Elektrodeneinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die eingebettete Einrichtung aus mindestens einem länglichen metallischen Leiter be- steht, dessen.lWchstabmeasung senkrecht zur Strömungsrichtung. liegt..
11. 11. Elektrodeneinrichtung nach den Ansprüchen 9 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, dass die eingebettete Einrichtung in elektrischem Kontakt mit den genanr@ten metallischen Grundteilen steht.
12. 12. Elektrodeneinrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abdeckmaterial eine kontinuierliche innere Oberfläche der Leitung schafft.