CH406404A - Elektrode für magnetohydrodynamische Generatoren - Google Patents

Description

  Elektrode für     magnetohydrodynamische    Generatoren    Ein     magnetohydrodynamischer    Generator,     im     folgenden als     MHD-Generator    bezeichnet, arbeitet  bekanntlich mit einem rasch strömenden Plasma  hoher Temperatur, das durch einen Kanal geleitet  wird.

   Das oft 3000 C heisse Plasma kann aus gasför  migen Verbrennungsprodukten bestehen, die unter  Zusatz von Saatmaterial bei diesen Temperaturen  thermisch dissoziiert sind.     Senkrecht    zu einem ange  legten Magnetfeld und zur Plasmaströmung wird im  Plasma eine elektrische Feldstärke     induziert.    Zwi  schen Elektroden, die in dem Kanal in der Ebene  dieser Feldstärke angeordnet sind, entsteht eine nutz  bare elektromotorische Kraft. Die Kanalwände zwi  schen den Elektroden müssen elektrisch isolierend  ausgebildet sein. Die gesamte Baueinheit aus Kanal  wänden und Elektroden wird als     Generatorkanal     bezeichnet.  



  Bei     Generatorkanälen,    die mit Verbrennungsga  sen betrieben werden, sind an das Material wegen der  hohen Temperaturen und der oxidierenden Atmo  sphäre des Plasmas hohe     Anforderungen    zu stellen.  Es ist möglich, den gesamten Kanal aus Edelstahl  auszuführen und mit Wasserkühlung zu versehen,  wobei die Kanalwände durch eine elektrisch isolie  rende Kittschicht von den Elektroden getrennt sind.  Dabei ist es zweckmässig, die Oberflächentemperatur  der Elektroden mit einem durch die Kühlkanäle ge  leiteten Medium, wie Wasser, so einzustellen, dass sie  knapp unterhalb des Schmelzpunktes für das     Elek-          trodenmaterial    bleibt.  



  Es ist jedoch schwierig, die Plasmatemperatur  genau konstant zu halten. Steigt die Temperatur mo  mentan etwas an, so kann die     Elektrodenoberfläche          schmelzen,    und Perlen aus     Elektrodenmaterial    kön  nen die elektrisch isolierende Kittschicht zwischen  Elektroden und Wänden überbrücken. Sinkt dagegen    die Temperatur für kurze Zeit ab, so kann der Siede  punkt des Saatmaterials, z. B.     Kaliumkarbonat,    un  terschritten werden. Dann schlägt sich Saatmaterial  als     flüssiger    Film auf den Elektroden nieder und er  schwert den Stromübergang durch erhöhten über  gangswiderstand zwischen Elektroden und Plasma.  



  Die geschilderten Nachteile werden gemäss der  Erfindung dadurch vermieden, dass der Mittelbereich  der Elektrode gegenüber den Randbereichen erhaben  ausgebildet ist. Dazu ist es günstig, die Elektroden  auf etwa     %    ihrer Oberfläche gegenüber den Rand  bereichen um einen Wert erhaben zu machen, der  etwa 10     %    der Distanz     gegenüberliegender    Elektro  den beträgt. Bei grösseren Kanälen mit Elektroden  distanzen, die ausserhalb des     Zentimeterbereiches     liegen, kann dieser Wert prozentual     kleiner    sein.

   Man  kann     dann.    auch von     mehrstufig        ausgebildeten    über  gängen von den Randbereichen zum Mittelbereich  günstiges Verhalten erwarten.  



  Eine rauhe     Oberfläche    des erhabenen     Elektro-          denteiles    hat sich     als    günstiger erwiesen als eine glat  te Oberfläche. Man kann daher vorteilhaft mittels  Auftragsschweissen einige Schweissraupen aufbrin  gen. Als Material eignen sich     hochtemperaturbestän-          dige    und nichtmagnetische Edelstähle, wie die       Chrom-Nickel-Stähle.    Nichtmagnetisches Verhalten  ist vorteilhaft, um Streuverluste des Magnetfeldes zu  vermeiden.  



  Beobachtungen in     einem    Versuchskanal haben  ergeben, dass die erhabenen     Elelktrodenbereiche    glü  hend in das Plasma eintauchen, wogegen sich in den  Randbereichen sogar Saatmaterial - beim Versuch  war es     Kaliumkarbonat    - flüssig abgeschieden hat.

    Das bringt mehrere Vorteile: Der Übergangswider  stand zwischen Elektrode und Plasma ist niedrig, wo  durch sich die Leistung des     MHD-Generators    um           einen        Betrag        von        20        %        gegenüber        der        bei        flachen     Elektroden erhöht. Die Temperaturen in den Rand  bereichen der Elektroden     können,    so niedrig gehalten  werden, dass keine     Brückenbildung    auftritt.

   Das sich  flüssig abscheidende Saatmaterial erhöht dabei die  Isolationswirkung der     Kittschicht    zwischen den Elek  troden und den übrigen Wänden. Dadurch wird der  Generator bei optimalem Betrieb gegen     Instabilitäten     der Plasmatemperatur unempfindlicher. Die durch  die Elektrode nach der     Erfindung    erzielte Leistungs  steigerung wird     vermutlich    auch durch einen noch  nicht bekannten Einfluss auf die Plasmaströmung  verursacht.  



  Anhand     eines    in der Zeichnung schematisch dar  gestellten Ausführungsbeispiels soll die Elektrode  gemäss der Erfindung weiter     erläutert    werden. In der  Zeichnung ist ein kastenförmiger Versuchskanal im  Querschnitt gezeigt, wobei die     äusseren    Elektroden 1  und Wandteile 6 abgebrochen dargestellt     sind.    Sie  schliessen den Strömungsraum 7 ein. Die Elektroden  1 bestehen aus einem Block 2 aus     Chrom-Nickel-          Stahl        Thermax        11a,    in dem     ein    Kühlkanal 3 vorge  sehen ist. Der Abstand der gegenüberliegenden Blök  Ike 2 beträgt z. B. 2 cm.

   Die Elektrode ist auf     etwa     zwei Drittel der Oberfläche erhaben ausgebildet.  Dazu können durch     Auftragschweissen,    z. B. mit       Auftragselektroden:    der Type Fox     FFB    mehrere  Schweissraupen 4     in    einer Stärke von 2 bis 3 mm auf  den zum Strömungsraum 7 zugekehrten Elektroden  seiten aufgebracht werden. Das entspricht etwa 10 %  der     Elektrodendistanz.    Die Schweissraupen sind nicht  nachbehandelt. Durch Kittschichten 5 von z. B. 2 mm  Dicke werden die ebenfalls aus Stahl bestehenden  Kanalwände 6 von den Elektroden elektrisch isoliert.  Sind die Wände aus Isoliermaterial, so können die    Kittschichten entfallen, und die Wände schliessen  direkt an die Elektroden an.

    



  Auch bei zylinderförmigen Elektroden sind unter  Berücksichtigung der Lehre nach der Erfindung die  schon geschilderten Vorteile zu erwarten.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Elektrode für den Generatorkanal eines MHD- Generators, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Mit telbereich gegenüber den Randbereichen erhaben ausgebildet ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Elektrode nach Patentanspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, dass sie auf etwa 2/s der Oberfläche bis etwa 10 % des Elektrodenabstandes gegenüber den Randbereichen erhaben ausgebildet ist. 2.

   Elektrode nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, dass sie auf etwa 2/g der Oberfläche bis etwa 10 II/o des Elektrodenabstandes gegenüber den Randbereichen erhaben ausgebildet ist und der erhabene Elektrodenbereich aus unmagnetischem Edelstahl besteht. 3.

   Elektrode nach Patentanspruch 1, gekenn zeichnet durch eine rauhe Oberfläche des erhabenen Elektrodenbereiches. PATENTANSPRUCH 1I Verfahren zur Herstellung einer Elektrode nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der erhabene Elektrodenhereich durch Auftragsschweis- sen hergestellt wird.