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Title:
PROCESS FOR PRODUCING A PLASMA AND A MAGNETOHYDRODYNAMIC CONVERTER
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1986/000180
Kind Code:
A1
Abstract:
Process for producing a plasma by heating a gas flow, and a magnetohydrodynamic converter to implement the process, in order to produce electrical energy at low coast. For this purpose, at least two gas flows are created in a hollow flow body (1), which move rotationally and in the same direction of rotation around the stray field lines of an external axial magnetic field and which are directed towards one another in such a way as to meet in the central area of the hollow flow body and to form there a centre of eddy currents where they are heated by an initial ignition in such a manner as to produce, in accordance with the magnetohydrodynamic principle, electric energy which provides a self-organized heating and post-heating of the gases, the Hall current formed producing in the heated gas magnetic fields which are parallel to the axis and leading, as a result of the pinch effect, to compression and the further heating of the gas in order to produce a plasma or a hot plasma. The magnetohydrodynamic converter designed to produce this process consists essentially of a hollow flow body (1) with a great number of flow channels (2) directed toward one another, which are arranged in proximity to magnets (8) and possess tangential gas lines (11) to produce rotational flows.

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Inventors:
GILLISSEN FRANZ (DE)
Application Number:
PCT/EP1985/000271
Publication Date:
January 03, 1986
Filing Date:
June 05, 1985
Export Citation:
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Assignee:
GILLISSEN FRANZ
International Classes:
H02K44/08; H05H1/02; H05H1/24; (IPC1-7): H02K44/08; H05H1/24
Foreign References:
US3480805A1969-11-25
US4016438A1977-04-05
US4267488A1981-05-12
Other References:
See also references of EP 0216772A1
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Claims:
1. 0 A N S P R Ü C H E Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas durch Aufheizung eines strömenden Gases, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Strö ungshόhlkör per mindestens zwei Gasströmungen erzeugt werden, die sich drallförmig und mit gleichem Drallsinn um die Streufeidlinieπ eines axialen äußeren Magnetfeldes bewegen und derart aufeinander zugerichtet sind, daß sie im Zentralbereich des Strömungshohlkörpers aufeinander treffen und dort ein WirbelStromzentrum bilden, wo sie mittels einer Initialzündung derart aufgeheizt werden, daß nach dem magnetoplasma bzw. magnetohydrodynami schen Prinzip elektrische Energie erzeugt wird, die eine selbstorgani sierte Auf und Nachheizung des Gases bewirkt, wobei die erzeugten Hall¬ ströme im aufgeheizten Gas achsenparallele Magnetfelder erzeugen, die nach dem PinchEffekt zu einer Komprimierung und weiteren Aufheizung des Gases zu einem Plasma bzw. heißen Plasma führen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Strömungshohlkörper austretenden heißen Gase nach dem magnetoplasma dynamisehen Prinzip eine elektromotorische Kraft erzeugen, die in das WirbelStromzentrum eingekoppelt wird. 1 1 .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Strömungshohlkörper austretenden heißen Gase durch Lavaldüsen geleitet werden, wobei die hierdurch erzeugte elektrische Energie abge¬ griffen wird.
4. MHDGenerator mit einem Strömungshohlkörper, der Strömungskanäle, die einen gemeinsamen Raum einschließen, und eine Gasplasmaquelle um¬ faßt, wobei benachbart zu dem Strömungshohlkörper ein Magnet angeordnet ist, dessen Magnetfeldrichtung sich senkrecht zur Plasmastromrichtung erstreckt, und zwei Elektroden zum Abgreifen elektrischer Potentiale senkrecht zur Magnetfeld und Plasmastromrichtung vorgesehen sind, da¬ durch gekennzeichnet, daß der Strömungshohlkörper (1) eine Vielzahl von zueinander ausgerichteten Strömungskanälen (2) aufweist, die über den gemeinsamen Raum (3) miteinander verbunden sind, wobei die Magnetfeldli¬ nien parallel zur Längsachse der Strömungskanäle (2) verlaufen, und daß jeder Strömungskanal (2) jeweils eine tangentiale Gaszuführung (11) zur Erzeugung einer Gasströmung aufweist, die sich drallförmig um die Mag¬ netfeldlinien in Richtung auf den gemeinsamen Raum (3) der Strömungska¬ näle bewegt, und jedem Strömungskaπal (2) eine Austrittsöffnung (4) zu¬ geordnet ist.
5. MHDGenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungshohlkörper (1) im wesentlichen tetraedrig geformt ist, wobei vier Strömungskanäle (2) tetraedrig zueinander angeordnet und auf das Symmetriezentrum des Strömungshohlkörpers (1) im Bereich des gemeinsamen Raumes (3)ausgerichtet sind.
6. MHDGenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mag¬ nete (8) mit zugeordneten Polschuhen (9) an jeweils einem Eisenjoch (10) als Verbindungsteil vorgesehen sind, wobei die Magnete (8) und Polschuhe (9) derart benachbart zum Strömungshohlkörper (1) angeordnet sind, daß ein magnetisches Streufeld erzeugt wird, dessen magnetische Feldlinien parallel zur Längsachse des jeweiligen Strömungskanals (2) verlaufen, während der gemeinsame Raum (3) weitgehend feldfrei bleibt. ι2 .
7. MHDGenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungshohlkörper (1) als kreiszylindrische Strömungskammer ausgebildet ist, in der die tangentialen Gaszuführungen (11) zur Erzeugung gegenläu¬ figer Gasströmungen gegenüberliegend angeordnet sind, so daß sich die Gasströmungen drallför ig um die Magnetfeldlinien in Richtung auf die Symmetrieebene senkrecht zur Achse des Strömungshohlkörpers (1) bzw. zu den Feldlinien des axialen Magnetfeldes bewegen, wobei der Strömungs¬ hohlkörper (1) einen mittig angeordneten umlaufenden Ringspalt (13) auf¬ weist.
8. MHDGenerator nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Austrittsöffnungen (4) jeweils eine nach außen sich erweiternde Lavaldüse (5) aufweisen.
9. MHDGenerator nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß mindestens zwei axiale Zündelektroden (6) mit Abstand zueinander in den gemeinsamen Raum (3) ragen, wobei die Zündelektroden (6) insbesondere als im Gegentakt betreibbare Plasmakanonen ausgebildet sind.
10. MHDGenerator nach einen der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß mindestens eine Brennstoffzufuhreinrichtung (7) vorgesehen ist, die Brennstoff in einen zweischalig ausgebildeten Strömungshohlkör¬ per (1) einspeist.
Description:
Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas und ein MHD-Generator

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und einen MHD-Generator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Ein MHD-Generator dient zur direkten Erzeugung elektrischer Leistung aus thermischer Energie ohne mechanisch bewegte Teile. Das hierzu benötigte thermisch ionisierte Gas wird im allgemeinen extern erzeugt und in den MHD-Generator eingespeist. Die zur Aufheizung des Gases benötigte Wärme wird dabei von fossilen Brennstoffen oder Kernreaktoren bereitgestellt. Durch den Hall-Effekt wird senkrecht zur Gasströmung und zur Magnetfeld¬ richtung eine Spannung induziert, die mit Hilfe von Elektroden abgegrif¬ fen werden kann und einem Verbraucher zuführbar ist. Das austretende Gas weist noch eine so hohe Temperatur auf, daß es die Energie für einen normalen Wär ekraftprozess noch zu liefern vermag. Die Benutzung eines MHD-Generators zur Gewinnung von Energie ist daher sehr effektiv.

Die Benutzung eines MHD-Generators zur Erzeugung elektrischer Leistung ist derzeit jedoch noch mit großen Schwierigkeiten verbunden, da einer¬ seits die Vorrichtungen zur Aufheizung des Gases bereitgestellt werden müssen und andererseits die hohen Temperaturen des Plasmas eine starke Beanspruchung der Materialien bewirken.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bzw. einen MHD-Genera¬ tor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 4 zu schaffen, bei dem keine externe Gasplasmaquelle benötigt und die Erzeugung elektrischer Leistung in wirtschaftlicher Weise ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 bzw. 4 gelöst.

Zur Erzeugung eines heißen Plasmas und/oder eines elektrischen Stroms ist hierzu ein Strömungshohlkörper vorgesehen, der ausgebildet ist als ein räumlich geformtes Strö ungsSystem mit einem eingeschlossenen Strömungs- feld. Dieses Strö ungsSystem umfaßt dabei mindestens zwei Strömungskanä¬ le, die einen gemeinsamen Raum einschließen, wobei in den Strömungskanä¬ len jeweils eine Gasströmung erzeugt wird, die sich in etwa schrauben¬ förmigen Bahnen gleichsinnig drehend um die Feldlinien des axialen Mag¬ netfeldes auf den gemeinsamen Raum zubewegen, in dessen Bereich sich ein WirbelStromzentrum bildet, das die Aufheizung der ein- und ausströmenden Gase zu einem Plasma erlaubt.

Der MHD-Generator kann insbesondere so ausgebildet sein, daß der Strö¬ mungshohlkörper tetraedrig mit tetraedrig zueinander ausgerichteten Strömungskanälen ausgebildet ist. Eine derartige symmetrische Ausgestal- tung des Strömungshohlkörpers ermöglicht die Erzeugung einer Plasmakugel im Bereich des Tetraedermittelpunktes mit dornartigen Ausläufern, die magneto-hydrodynamisch in einer entgegengesetzt gepolten Umwelt gelagert ist. Die räumliche und funktioneile Vereinigung der einströmenden Drall¬ gasströmungen und der ausströmenden heißen Gasströmungen erlauben einen direkten Wärmerückgewinn während des Verfahrens. Durch die kugelförmige Speicherung des Plasmas im Inneren des Strö uπgshohlkörpers wird das Plasma zudem begrenzt und ermöglicht einen ständigen Einschluß eines

Höchsttemperaturplasmas. Dieser Einschluß kann durch ein magnetisches Streufeld begünstigt werden, das den zentralen Bereich des Strömungs¬ hohlkörpers feldfrei beläßt, so daß das zentrale Plasma in seiner Bewe¬ gung nicht abgebremst wird, und ein steiler Magnetfeldgradient zum Mag- netfeld hin dafür sorgt, daß das Plasma nicht gestört wird, und sich deshalb bevorzugt selbst organisiert. Eine starke elektrodynamische Ein- kopplung hydrodynamischer Energie in das zentrale Plasma kann somit er¬ reicht werden, so daß relativ hohe Plasmadichten des Speicherplasmas re¬ alisierbar sind. Der besondere Vorteil eines derartigen zentralen Plasmas besteht darin, daß die technologischen und thermischen Wandprobleme ver¬ ringert werden. Weiterhin kann die Energie der ausströmenden Gase dazu benutzt werden, die Drallgasströmungen vorzuheizen, und/oder mittels La- valdüsen, die an den Gasaustrittsöffnungen der Strömungskanäle angeordnet sind, elektrische Energie zu erzeugen. Der Strömungshohlkörper kann wei- terhin auch als Brennkammer Verwendung finden, indem er zweischalig aus¬ gebildet und für eine Brennstoffzufuhreinrichtung gesorgt wird.

Der Strömunghohlkörper kann auch als kreiszylindrische Strömungskammer mit zwei gegenüberliegenden Strömungskanälen ausgebildet sein, die zwi¬ schen zwei Magneten angeordnet sind. In einem derartigen Strömungshohl- körper werden zwei gegenläufige Gasströmungen erzeugt, die etwa schrau¬ benförmige Bahnen um die Feldlinien des axialen Magnetfeldes beschreiben und im Bereich des gemeinsamen Raumes aufeinandertreffen, wo sie ein WirbelStromzentrum bilden.

Mit dem erfindungsgemäßen MHD-Generator wird das durch eine Initialzün- düng, z.B. einen Lichtbogen, oder mit Hilfe von Plasmakanonen erzeugte Plasma in eine WirbelStrombewegung überführt, so daß ein Ausgleich der durch das MHD-Prinzip erzeugten elektromotorischen Kraft verursacht und eine selbsttätige Aufheizung des Gasplasmas erreicht wird. Insbesondere führt der Piπch-Effekt zur einer Selbstverdichtung des Plasmas, wodurch das Plasma komprimiert und aufgeheizt wird. Weiterhin erzeugen die aus¬ strömenden heißen Gase Spannungen, die einem Verbraucher zuführbar oder

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in das WirbelStromgebiet des Strömungshohlkörpers zur Erreichung sehr hoher Plasmatemperaturen einkoppelbar ist. Ein elektrisch schlecht oder gar nicht leitendes Medium, z.B. Wasserdampf, kann so direkt zur Strom¬ erzeugung herangezogen werden. Auch durch die Modifizierung der räumli- chen Gestaltung des Strömungshohlkörpers wird die Erzeugung elektrischer Energie verbessert.

Der MHD-Generator ermöglicht somit eine hohe Erzeugung elektrischer Energie unter Einsatz eines nicht aufwendigen Aufbaus, wobei eine zu hohe Temperaturbelastung des Strömungshohlkörpers durch die separierende Wir- kung des relativ kühlen Drallstromes in Verbindung mit dem Pinch-Effekt verhindert wird.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachstehenden Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt im Querschnitt ein erstes Ausführungsbeispiel des MHD-Generators.

Fig. 2 zeigt im Querschnitt ein zweites Ausführungsbei¬ spiel des MHD-Generators.

Fig. 3 zeigt im Querschnitt ein drittes Ausführungsbei¬ spiel des MHD-Generators.

Der in Fig. 1 dargestellte MHD-Generator umfaßt ein tetraedrig geformtes Mehrkanal-Strömungssystem mit einem Strömungshohlkörper 1, der von vier tetraedrig zueinander ausgerichteten Strömungskanälen 2 und einem von diesen eingeschlossenen gemeinsamen Raum 3 gebildet wird. Die Strömungs¬ kanäle 2 sind hierbei derart ausgebildet, daß die Gesamtheit ihrer Be¬ grenzungsflächen den tetraedrigen Hohlkörper 1 bilden. Jeder Strömungs-

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kanal 2 definiert demzufolge eine Tetraederspitze und erstreckt sich un¬ ter kontiniuerlicher Vergrößerung seines Durchmessers in Richtung Tetra¬ edermittelpuπkt. Ausgehend von den vier Tetraederecken sind demnach alle Strömungskanäle 2 auf den Tetraedermittelpunkt ausgerichtet und bilden dort den gemeinsamen Raum 3, in dem alle Strömungskanäle 2 enden. Die Strömungskanäle 2 und der gemeinsame Raum 3 definieren ein Strömungsfeld, das von dem Strömungshohlkörper 1 begrenzt wird. An jeder Tetraederspitze ist eine Austrittsöffnung 4 vorgesehen, in der der jeweilige Strömungs¬ kanal 2 außenseitig endet. Zur Nutzung der Restdynamik der austretenden Gasströmungen weist jede Austrittsöffnung 4 noch eine nach außen sich erweiternde Lavaldüse 5 auf. Zur Durchführung einer Initialzünduπg sind mindestens zwei Zündelektroden 6 vorgesehen, die in das Strömungsfeld des Strömungshohlkörpers 1 hineinragen. Zueinander sind die Zündelektroden 6 dabei so angeordnet, daß sie einen Abstand voneinander aufweisen und un- ter einem stumpfen Winkel zueinander angeordnet sind. Um den Strömungs¬ verlauf in den Strömungskanälen 2 nicht zu stören, durchstoßen die Zünd¬ elektroden eine Tetraederfläche und zwar in Richtung Tetraedermittel¬ punkt. Symmetrisch zwischen den Strömungskanälen 2 sind Magnete 8 ange¬ ordnet. Diese sind mittig auf jeder Tetraederfläche, die den Strömungs- hohlkörper 1 begrenzen, vorgesehen.Den Magneten 8 sind dabei Polschuhe 9 zugeordnet, die benachbart zu den Austrittsöffnungen 4 an den Tetraeder¬ spitzen des Strömungshohlkörpers 1 befestigt sind, wobei die Magnete 8 und die Polschuhe 9 jeweils über ein Eisenjoch 10 verbunden sind. Durch diese Magnetaπordnung wird ein magnetisches Streufeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien jeweils parallel der Längsachse der Strömungskanäle 2 und parallel der Mittelpunktsenkrechten auf die Tetraederflächen des Strömungshohlkörpers 1 verlaufen, während der Zentralbereich des tetra- edrigen Hohlkörpers 1 relativ feldfrei bleibt. Die Magnete 8 sind hierbei mit gleicher Polrichtung auf das WirbelStromzentrum zugerichtet.

Jeder Strömungskanal 2 weist eine Gaszuführung 11 auf, deren Austritts¬ öffnung taπgential zur zylindrischen Innenwand der Strömungskanäle 2 an¬ geordnet ist. Das über die Gaszuführung 11 eingeführte Gas strömt mit ho¬ her Geschwindigkeit drallförmig in Richtung StrömungskanalZentrum, wobei im Bereich des gemeinsamen Raumes 3 die DrallStromachse entlang der

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Längsachse des jeweiligen Strömungskanals 2 und parallel den Magnetfeld¬ linien des magnetischen Streufeldes verläuft. Alle Strömungen sind hier¬ bei mit gleichem Drallsinn auf den gemeinsamen Raum 3 ausgerichtet.

Abgriffelektroden 12 sind an einer Begrenzungswand eines Strömungs- kanals 2 und jeweils in der dem Strömungskanal 2 zugeordneten Lavaldüse 5 angeordnet, um induzierte Spannungen abgreifen zu können.

Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des MHD-Generators, bei dem der Generator als Brennkammer für fossile Brennstoffe und/oder als SchnellVerdampfer vorgesehen ist. Der Strömungshohlkörper 1 ist hierzu zweischalig ausgebildet und weist eine Brennstoffzufuhreinrichtung 7 auf, die in den vom Strömungshohlkörper 1 begrenzten Verbrennungsraum hinein¬ geführt ist, um diesen mit Brennstoff zu versorgen. Der Generator kann somit als Wärmetauscher oder Kessel zur effektiven Nutzung der Verbren¬ nungswärme Verwendung finden.

Fig. 3 zeigt einen Strömungshohlkörper 1, der als kreiszylindrische Strömungskammer mit gegenüberliegenden Strömungskanälen 2 ausgebildet ist, die zwischen zwei stirnseitig benachbarten Magneten 8 angeordnet sind. Durch die Magnete 8 erstrecken sich dabei zwei axial angeordnete Zündelektroden 6, die derart in den Strömungshohlkörper 1 eingesetzt sind, daß sie gegenüberliegend und symmetrisch in bezug auf das Zentrum des Strömungshohlkörpers 1 angeordnet sind. In jedem Endbereich weist die Strömungskammer 1 Gaszuführungeπ 11 auf, deren Austrittsöffnungen tan- gential zur zylindrischen Innenwand des Strömungshohlkörpers 1 angeordnet sind, um in jeder Hälfte des Strömungshohlkörpers 1 eine spiralförmige Gasströmung auszubilden. Das über die Gaszuführungen 11 eingeführte Gas strömt mit hoher Geschwindigkeit und mit entgegengesetztem Umlaufsinn drallförmig in Richtung Strömuπgskammerzentrum. Die DralIstromachse ver¬ läuft dabei entlang der Längsachse des Strömungshohlkörpers 1 und paral¬ lel zu den Magnetfeldlinien der Magnete 8. In einem Ringspalt 13, der mittig zwischen den Strömungskanälen 2 angeordnet ist und durch den das Plasma fächerartig ausströmt, sind zwei Elektroden 12 " parallel zum ra¬ dialen Strömungsverlauf des Plasmas und senkrecht zum Magnetfeld der

Magnete 8 angeordnet, um eine aufgrund des Ha11-Effekts induzierte Spannung abgreifen zu können. Für den Zugriff auf diese elektromotori¬ sche Kraft ist es im allgemeinen notwendig, hochwarmfeste Elektroden zu verwenden. Für die Erzeugung eines Plasmas im Zentrum des Strö ungs- hohlkörpers 1 wird das durch die Austrittsöffnungen der Gaszuführungen 11 austretende Gas hoher Geschwindigkeit im Zentrumsbereich des Strö¬ mungshohlkörpers 1 mit Hilfe der Züπdelektroden 5, die anfänglich durch einen Zündfaden verbunden sein können, initialgezündet, wodurch das Gas eine Temperatur erreicht, so daß es thermisch ionisiert ist. Zur Durch- führung dieser Initialzündung sind verschiedene Verfahren anwendbar, wie z.B. die Plasma- oder Marschallkanone oder eine Tesla-Funkenstrecke. Das erzeugte heiße Gas wird von den gegenläufigen DrallStrömungen mitge¬ rissen, so daß mach dem MHD-Prinzip eine elektromotorische Kraft indu¬ ziert wird, die sich durch Rekombinationseffekte innerhalb des Wirbel- Stromgebiets im Zentrum des Strömungshohlkörpers 1 ausgleicht, wodurch eine weitere Aufheizung des Gases in diesem Bereich durch Einkopplung eines in sich geschlossenen Induktionsstromes innerhalb des Plasmas er¬ reicht wird.

Zur Erzeugung eines Plasmas im Zentralbereich des Strömungshohlkörpers 1 treten aus den Austrittsöffnungen der Gaszuführungen 11 Gasströmungen hoher Geschwindigkeit aus, die sich drallförmig in den Strömungskanä¬ len 2 auf den gemeinsamen Raum 3 zubewegen und dort aufeinandertref¬ fen, so daß ein Wirbelstromzentrum gebildet wird. Die Gasströmungen weisen hierbei alle gleichen Drallsinn auf. Bedingt durch das symmet- rische Strömungsfeld im Strömungshohlkörper 1 bilden sich im tangen- tialen Berührungsbereich der DrallStrömungen Gegenzyklone, die die Stützmasse der DrallStrömungen bilden. Die mit gleichem Drallsinn auf das WirbelStromzentrum zugerichteten und durch die Gegenzyklone ge¬ stützten Gasströmungen erzeugen durch ihr Zusammentreffen im Bereich des gemeinsamen Raumes 3 ein WirbelStromgebiet, das mit Hilfe der Zündelektroden 6 initiagezündet wird. Das eingeströmte Gas erreicht dadurch eine Temperatur, bei der es thermisch ionisiert ist. Damit sind die Voraussetzungen für die Erzeugung einer elektromotorischen Kraft nach dem MHD-Prinzip geschaffen. Die induzierte elektromagneti- sehe Kraft wird dem System nicht entzogen, sondern dem Wirbelström-

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zentrum über Rekombinationseffekte zugeführt, die in diesem Wirbel¬ stromgebiet stattfinden können und eine Aufheizung des Gases bewirken. Da dem heißen . Gas im Wirbelzentrum somit ständig Energie nach dem magnetoplas a-dynamischen Prinzip zugeführt wird, braucht nach der anfänglichen Initialzündung keine weitere Energie mehr in das System hineingepumpt zu werden, da dem heißen Gas im Wirbelzentrum ständig Energie nach dem magneto-plasmadynamisehen Prinzip zugeführt wird. Das WirbelStromzentrum weist hierbei Mikrowirbel auf, die die Energieer¬ zeugung unterstützen, und ist von einer kreisförmig geschlossenen Spannungskette umgeben, falls ein Ringspalt vorgesehen ist. Nach dem Einsetzen des drallstromgetriebenen MPD-Porzesses kann daher die von außen zugesetzte Aufheizungsenergie zurückgenommen bzw. weggenommen werden, so daß eine selbstorganisierte Aufheizung eines Gases erreicht wird, die zur Erzeugung elektrischer Energie führt. Das ionisierte Gas im Zentrum des Strömungshohlkörpers 1 führt eine Drallbewegung aus, d.h. die Ionen und Elektronen des Plasmas beschreiben spiralförmige Bahnen um die Feldlinien der Magnetfeldanordnung. Hierdurch wird ein Plasmastrom induziert, der ein achsenparalleles Magnetfeld erzeugt, das das heiße Gas einschließt, komprimiert und aufheizt. Dieser Pro- zess der Selbstverdichtung durch einen Plasmastrom, wird als Plasma- Pinch bezeichnet.

Bei dem MHD-Generator wird demzufolge durch den Pinch-Effekt in Ver¬ bindung mit einer durch den MPD-Prozess erzeugten kontinuierlichen Nachheizung die Erfüllung der Kriterien für ein Fusionsplasma möglich.

Gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel strömt das heiße- Gas von dem WirbelStromzentrum durch die Strömungskanäle 2 wieder zurück in Richtung Austrittsöffnung 4. Diese AustrittsStrömung wird dadurch erzeugt, daß die einströmenden DrallStrömungen im Wirbelstromzeπtru eine Strömungsumkehr erfahren, so daß die austretenden Gasströmungen koaxial zur Längsachse der jeweiligen Strömungskammer 2 durch den Drallström hindurch in Richtung Austrittsöffnung 4 sich bewegen. Die ursprüngliche Drallströmung geht dabei allmählich über langgezogene

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Spiralbahn in eine parallele Gasströmung über. Um diesen Austrittsga¬ sen die verbliebene Restladung, die im Zentralbereich nicht ausgegli¬ chen wurde, bei einer Expansion entnehmen zu können, strömen die aus¬ tretenden Gase nach dem Austritt durch die Austrittsöffnung 4 durch eine Lavaldüse 5, in der die Austrittsgase nochmals eine Entspannungs¬ phase mit Beschleunigung und Abkühlung erfahren. Das Gas verliert da¬ bei schnell seine Leitfähigkeit, wobei die eingebetteten Ladungsträger der polarisierten Austrittsströmung durch den Transport in der Laval¬ düse eine erhebliche Spannungsüberhöhung durch Ladungstrennung erfah- ren. Mit Elektroden 12 in der Lavaldüse 5 und an einer zugeordneten Begrenzungswand eines Strömungskanals 2 kann diese elektrische Energie abgegriffen werden. Es wird somit eine elektrostatische Generatorstufe geschaffen, die die Restdynamik eines MHD-Generators nutzt.

Dieser MHD-Generator ermöglicht daher einerseits, in dem Strömungs- hohlkörper 1, und zwar innerhalb des von dem magnetischen Streufeld, erzeugt durch eine Magnetanordnung gleichgerichteten Magneten, relativ freibleibenden Zentralbereichs, ein Entladungsplasma zu erzeugen und selbstorganisiert zu speichern, und andererseits die Nachschaltung einer Niedrigtemperaturstufe für eine elektrostatische Energieerzeu- gung. Die Begrenzung des Plasmas auf ein kugelförmiges Speicherplasma bietet gute Voraussetzungen für den ständigen Einschluß eines Höchst¬ temperaturplasmas für Kernforschung und Fusionstechnologie.




 
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