DE1426917B2 - Krafterzeugungsanlage - Google Patents

Description

Der Grundprozeß einer Krafterzeugungsanlage mit einem magnetohydrodynamischen Generator ist an Hand der F i g. 2 und 3 erläutert.

Die Fig. 2 zeigt ein geschlossenes Leitungssystem 11 der Anlage, und F i g. 3 ist das Enthalpie-Entropie-Diagramm derselben.

Gemäß F i g. 2 wird Hitze durch Konvektion entweder direkt oder indirekt von der Heizvorrichtung 12 dem Arbeitsmittel zugeführt. Als Arbeitsmittel kann irgendein Strömungsmittel verwendet werden, welches im flüssigen Zustand elektrisch leitend ist. Das Arbeitsmittel wird durch das geschlossene Leitungssystem 11 geleitet und ist eine Flüssigkeit an der Stelle / und eine Zweiphasenmischung aus Flüssigkeit und Dampf mit verhältnismäßig geringem Dampf anteil an der Stellet. Das Arbeitsmittel verläßt die Heizvorrichtung 12 mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit und wird in einer thermodynamischen Expansion auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, wenn es durch eine konvergierende-divergierende Düse der Beschleunigungsvorrichtung 14 in einem adiabatischen Vorgang zu dem Zustand an der Stelle B gelangt, der einen statischen thermodynamischen Zustand darstellt. Das Arbeitsmittel ist an dieser Stelle eine Mischung aus Flüssigkeitstropfen und gesättigtem Dampf. Das Arbeitsmittel wird sodann in eine Vorrichtung zum Erhöhen des Flüssigkeitsanteils 16 Zentrifugalkräften oder anderen Kräften unterworfen, um zwei unterschiedliche Strömungen zu erhalten, die sich in ihrem Flüssigkeitsgehalt unterscheiden. Die Mischung hat an der Stelle C eine hohe Geschwindigkeit und ist flüssigkeitsreich, d. h. niederwertiger als an der Stelle D, und die Mischung an der Stelle D hat ebenfalls eine hohe Geschwindigkeit, ist jedoch dampfreich, d. h. ist höherwertiger als im Zustand an der Stelle C. Die kinetische Energie der dampfreichen Mischung an der Stelle D wird in einem Unterschall- oder Überschalldiffusor 18 in potentielle Energie umgewandelt. Die Verdampfungswärme des Dampfanteiles der Mischung wird dann durch die Wärmeentnahmevorrichtung 20 entfernt. Das Kondensat wird nunmehr durch eine Düse 22 zurückgeführt und in dem Mischer 24, der von der Injektor- oder Ejektorbauart sein kann, mit der flüssigkeitsreichen Mischung des Zustandes an der Stelle C gemischt. Die Masse, der Impuls und die Energie bleiben während des Mischvorganges erhalten. Das Strömungsmittel ist nun in dem Zustand an der Stelle H, der auf den Mischvorgang folgt. Ein Teil der kinetischen Energie des gemischten Arbeitsmittelstromes wird nunmehr in potentielle Energie umgewandelt, um den restlichen Dampf in dem Überschalldiffusor 26 zu kondensieren. Der größte Anteil der verbleibenden kinetischen Energie des nunmehr flüssigen Arbeitsmittels wird in einem magneto-hydrodynamischen Generator 30 in elektrische Energie umgewandelt. In dem Arbeitsmittel wird ein genügender Betrag kinetischer Energie zurückgehalten für die Umwandlung in Druck, um den Druck an der Stelle/ zu erreichen. Die Umwandlung kinetischer in elektrische Energie in dem magneto-hydrodynamischen Generator 30 wird dadurch erreicht, daß das Arbeitsmittel in der Leitung 27 durch ein von dem Magneten 29 erzeugtes Magnetfeld geleitet wird, welches normal zur Bewegungsrichtung des Arbeitsmittels liegt.

F i g. 4 zeigt eine weitere Krafterzeugungsanlage mit einem magneto-hydrodynamischen Generator 30 mit einer Vorrichtung zum Erhöhen des Flüssigkeitsanteils 16. Es ist ersichtlich, daß diese Krafterzeugungsanlage sich dadurch von der in F i g. 2 dargestellten unterscheidet, daß das gesamte aus der Wärmeentnahmevorrichtung 20 austretende Arbeitsmittel mittels einer Elektropumpe 40 über die Leitung 42 zu der Heizvorrichtung zurückgepumpt wird. Außerdem sind die Düse 22 und der Mischer 24 fortgelassen, so daß die flüssigkeitsreiche Mischung aus der Vorrichtung zum Erhöhen des Flüssigkeitsanteils 16 von der Stelle C direkt in den Überschalldiffusor 26 fließt. Der Vorteil dieser abgeänderten Anordnung gegenüber der Vorrichtung nach F i g. 2 besteht darin, daß sie einen anpassungsfähigeren Betrieb ermöglicht, jedoch auf Kosten einer zusätzlichen Pumpe.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Patentansprüche· beitsmittel, mit einer Heizvorrichtung zum Zuführen ' thermischer Energie, um das Arbeitsmittel zu er-

1. Krafterzeugungsanlage mit einem geschlos- hitzen, mit einer Beschleunigungsvorrichtung zum senen Leitungskreis für das Arbeitsmittel, mit Aufnehmen des erhitzten Arbeitsmittels und zum einer Heizvorrichtung zum Zuführen thermischer 5 Umwandeln der thermischen Energie desselben in Energie, um das Arbeitsmittel zu erhitzen, mit kinetische Energie, und mit einer ■■Arbeitsentnahmeeiner Beschleunigungsvorrichtung zum Auf- vorrichtung, um die kinetische Energie des Arbeitsnehmen des erhitzten Arbeitsmittels und zum mittels in eine andere nutzbare Energie umzuwan-Umwandeln der thermischen Energie desselben dein, wobei hinter der Beschleunigungsvorrichtung in kinetische Energie, und mit einer Arbeits- io eine Vorrichtung zum Erhöhen des Flüssigkeitsentnahmevorrichtung, um die kinetische Energie anteils der Mischung des Arbeitsmittels angeordnet des Arbeitsmittels in eine andere nutzbare ist, um eine hochgeschwinde Flüssigkeit zu erzeugen, Energie umzuwandeln, wobei hinter der Be- und wobei diese durch die Arbeitsentnahmevorrichschleunigungsvorrichtung eine Vorrichtung zum tung hindurchgeschickt wird. Eine derartige Kraft-Erhöhen des Flüssigkeitsanteils der Mischung 15 erzeugungsanlage ist aus der USA.-Patentschrift des Arbeitsmittels angeordnet ist, um eine hoch- 2 151 949 bekannt. Bei dieser bekannten Kraftgeschwinde Flüssigkeit zu erzeugen, und wobei erzeugungsanlage werden zwei verschiedenartige diese durch die Arbeitsentnahmevorrichtung Strömungsmittel verwendet. Als Treibmittel dient hindurchgeschickt wird, dadurch gekenn- eine Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt, z.B. zeichnet, daß als Arbeitsmittel ein einziges 20 Wasser, und als Arbeitsmittel eine Flüssigkeit mit zweiphasiges Strömungsmittel verwendet wird, sehr hohem Siedepunkt, z. B. Quecksilber. Das welches in der Heizvorrichtung (12) zwecks BiI- Treibmittel muß, nachdem es seine Aufgabe erfüllt dung einer Flüssigkeits-Dampf-Mischung teil- hat, wieder vom Arbeitsmittel getrennt werden, und weise verdampft wird. zwar ehe das Arbeitsmittel durch die Arbeits-

2. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 1, 25 entnahmevorrichtung strömt. Dies bedingt einen dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits- zusätzlichen baulichen Aufwand und eine Wirkungsentnahmevorrichtung einen magneto-hydrodyna- gradverschlechterung.

mischen Generator (30) bildet. Es liegt die Aufgabe vor, eine Krafterzeugungs-

3. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 1 anlage zu schaffen, welche einen einfacheren Auf- oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor- 30 bau zeigt und einen höheren Wirkungsgrad ermögrichtung zum Erhöhen des Flüssigkeitsanteils licht.

(16) der Mischung eine Wärmeentnahmevorrich- Die Lösung dieser Aufgabe einer einer Kraft-

tung (20) umfaßt, um den Dampf der Mischung erzeugungsanlage der eingangs angegebenen Art ist

zu kühlen und wenigstens einen Teil desselben darin zu sehen, daß als Arbeitsmittel ein einziges

zu verflüssigen. 35 zweiphasiges Strömungsmittel verwendet wird, wel-

4. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 1 ches in der Heizvorrichtung zwecks Bildung einer bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrich- Flüssigkeits-Dampf-Mischung teilweise verdampft tung zum Aufteilen der Ausgangsströmung der wird.

Arbeitsentnahmevorrichtung vorgesehen ist, wo- Die Krafterzeugungsanlage nach der Erfindung

bei ein Teil der Flüssigkeit an die Heizvorrich- 40 arbeitet vorteilhaft, da während der Expansion keine

tung (12) und ein anderer Teil der Flüssigkeit Energie aus dem Arbeitsmittel entnommen wird und

an die Wärmeentnahmevorrichtung (20) geleitet daher der Abfall an statischer, potentieller Energie

wird. in dem Strömungsmittel der Zunahme an kinetischer

5. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 1 Energie gleicht, d. h., daß das Strömungsmittel auf bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- 45 eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt wird, vorrichtung (12) einen geschlossenen Flüssig- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folmetallkreislauf umfaßt mit einer Pumpe und genden an Hand schematischer Zeichnungen beeinem Kernreaktor und daß die Vorrichtung zum schrieben. Es zeigt

Erhöhen des Flüssigkeitsanteils (16) der Mi- Fig. 1 ein Enthalpie-Entropie-Diagramm einer

schung des Arbeitsmittels einen Flüssigmetall- 50 Krafterzeugungsanlage nach der Erfindung,

kreislauf mit einem Raumradiator und einer F i g. 2 die einzelnen Teile einer Krafterzeugungs-

Pumpe umfaßt. anlage mit einem magneto-hydrodynamischen Gene-

6. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 5, rator,

gekennzeichnet durch eine schaufelblattlose Fig. 3 ein Enthalpie-Entropie-Diagramm der

Turbopumpe als Strömungskonditioniervorrich- 55 Anlage nach F i g. 2,

tung. Fig. 4 eine abgeänderte Krafterzeugungsanlage

7. Krafterzeugungsanlage nach Anspruch 5 mit einem magneto-hydrodynamischen Generator, oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Strö- Fig. 1 zeigt ein Enthalpie-Entropie-Diagramm mungskonditioniervorrichtung, eine Beschleuni- für eine typische Krafterzeugungsanlage, die keine gungsdüse, eine Mischvorrichtung und ein Über- 60 rotierenden Teile aufweist, wobei von folgenden schalldiffusor zusammen mit der Arbeitsent- Kreisprozeßabschnitten Gebrauch gemacht wird: nahmevorrichtung in einem Gehäuse mit kreisförmigem Querschnitt axial hintereinanderliegend A-B = Wärmezufuhr unter konstantem Druck, angeordnet sind. B-C = adiabatische Expansion in einer Düse,

65 C-D = Wärmeabgabe unter konstantem Druck,

D-E = adiabatische Kompression in einem Dif-

Die Erfindung betrifft eine Krafterzeugungsanlage fusor und

mit einem geschlossenen Leitungskreis für ein Ar- E-A = Abnahme der verfügbaren Arbeit.